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沈世钊教授談大跨度空間結構的發展(2)
作者:管理員    發布于:2018-10-23 11:30:45    文字:【】【】【】浏覽 (140)
摘要:随着經濟和文化建設需求的擴大和人們對建築欣賞品位的提高,在設計日益增多的各式各樣大跨度建築時,設計者越來越感覺到結構形式的選擇餘地有限

  随着經濟和文化建設需求的擴大和人們對建築欣賞品位的提高,在設計日益增多的各式各樣大跨度建築時,設計者越來越感覺到結構形式的選擇餘地有限,無法滿足日益發展的對建築功能和建築造型多樣化的要求。這種現實需求對網殼結構、懸索結構等多種空間結構形式的發展起了良好的刺激作用。由于網殼結構與網架結構的生産條件相同,國内已具備現成的基礎,因而從80年代後半期起,當相應的理論儲備和設計軟件等條件初步完備,網殼結構就開始了在新的條件下的快速發展。各種形式的網殼,包括球面網殼、柱面網殼、鞍形網殼(或扭網殼)、雙曲扁網殼和各種異形網殼,以及各種網殼的組合形式均得到了應用;還開發了預應力網殼、斜拉網殼、拱支網殼、局部雙層網殼等新的結構體系。

  同時,平闆網架結構并未停止其自身的發展。這種目前來看已比較簡單的結構有它自己廣泛的使用領域,跨度不拘大小;而且近幾年在諸如工業廠房、飛機庫等一些重要領域擴大了應用範圍。十分明顯,包括網架和網殼在内的空間網格結構是我國近十餘年來發展較快,應用廣泛的空間結構類型。這類結構體系整體剛度好,技術經濟指标優越,可提供豐富的建築造型,因而受到建設者和設計者的喜愛。我國網架企業的蓬勃發展也為這類結構提供了方便的生産條件。據估計,近幾年我國每年建造的網架和網殼結構達數百萬平方米建築面積,相應鋼材用量約20萬t。這麼大的數字是任何其它國家無法比拟的,無愧于“網架王國”這一稱号。

  如此大的發展勢頭自然也會帶來一些問題。尤其是在市場需求帶動下,大量小型網架企業雨後春筍般成立起來,難免良莠不齊,設計也非總由有經驗人士擔任。因而大力加強行業管理,切實把握住設計制作和安裝質量,是促進我國空間結構進一步健康發展的重要課題。

三、張力結構

  中國現代懸索結構的發展始于50年代後期和60年代,世界上早期的現代懸索屋蓋是美國于1953年建成的Raleigh體育館,采用以兩個斜放的抛物線拱為邊緣構件的鞍形正交索網。我國1961年建成的北京工人體育館和1967年建成的浙江人民體育館兩個懸索結構無論從規模大小或技術水平來看在當時都可以說是達到了國際上較先進水平。但此後我國懸索結構的發展停頓了較長一段時間。一直到80年代,由于大跨度建築的發展而提出的對空間結構形式多樣化的要求,這種形式豐富的輕型結構重新引起了人們的熱情,工程實踐的數量有較大增長,應用形式趨于多樣化,理論研究也相應地開展起來。

  張拉式膜(或索-膜)結構自80年代以來在發達國家獲得極大發展。這種體系與索網結構類似,張緊在剛性或柔性邊緣構件上,或通過特殊構造支承在若幹獨立支點上,通過張拉建立預應力并獲得确定形狀。張拉式索膜體系具有重量極輕,安裝方便,在大跨度和超大跨度建築中極具應用前景。近幾年我國膜結構發展很快,不少體育場挑蓬和許多中小型建築采用張拉式或骨架支承式的膜結構,有一些工程是比較成功的,但總體上與國外先進水平比較尚有一定差距。主要表現在結構形式還比較拘謹和匠氣,缺少大膽創新之作,說明新穎的建築構思與先進的結構創造之間還沒有很好地結合起來。這也許與當前的設計體制有一定關系。我們的設計部門對膜結構這一新技術還不夠熟悉,難于作出創新的設計方案;一旦确定采用膜結構時,實際上包括設計在内都交給膜結構企業去操作。在正常情況下,建築師應當是始終對整個設計保持控制的。

  我們的差距還表現在膜結構産品的質量上。膜材的剪裁和加工不夠精細,零配件和連接件相對地顯得粗糙。這與企業的技術力量和設備條件直接有關。

  另外,迄今我國的膜結構大都采用半永久性膜材(聚酯纖維+PVC塗層)建造。永久性膜材(玻璃纖維+PTFE塗層)在制作安裝時要求更高的技術水平,對國内企業來說尚有一定難度。外國企業實力雄厚,技術力量強,但由于價格上的原因,迄今尚未取得中國市場的主要份額。現在有的外國企業計劃在中國建廠,屆時國内企業所具有的價格優勢将不複存在,他們将面臨更為嚴峻的競争局面。

  至于所謂的“張拉集成系統”或“全張拉結構”(Tensegrity),是指由連續的受拉杆索和局部的受壓杆件組成的結構體系,目前在工程上的唯一實現形式是由預應力雙層空間索系和薄膜屋面組成的“索穹頂”(Cable Dome)結構。國外已建成的索穹頂有兩種形式:1988年漢城奧運會體育館采用脊索呈輻射布置的Geiger體系;1996年亞特蘭大奧運會體育館采用脊索呈菱形布置的Levy體系。索穹頂自重極輕,因而可以跨越非常大的空間,像亞特蘭大體育館達到243mX191m這樣大的尺度。我國還沒有采用這種體系的工程實踐,可能原因是施工安裝技術上有較大難度,但在理論研究方面已做得比較深入。我相信,在研究、設計、施工、安裝各部門協調配合下,有朝一日我國會實現這些高能的結構形式。

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