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1、現(xiàn)代大跨空間結(jié)構(gòu)在中國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展RSS打印復(fù)制鏈接大中小發(fā)布時(shí)間:2011-10-10 09:57:55今天我想跟大家討論一個(gè)問(wèn)題,討論現(xiàn)代大跨空間結(jié)構(gòu)在中國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展,什么是現(xiàn) 代?怎么劃分?是怎樣產(chǎn)生的?它包括哪些類型等等,提一些看法,大家都可以討論,而且 結(jié)合中國(guó)的情況,我們當(dāng)前應(yīng)用的現(xiàn)在大跨空間結(jié)構(gòu)的情況,以及存在的問(wèn)題等等跟大家做 些討論。我沒(méi)有舉國(guó)外的例子,僅在中國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展。我爭(zhēng)取在四十分鐘以內(nèi),因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題也比較多,大家一起討論、提一些看法。我想講 六個(gè)問(wèn)題:一是引言;二是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的分類;三是現(xiàn)代剛性空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展;四 是現(xiàn)代柔性空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展;五是現(xiàn)代剛

2、柔性組合空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展。第一,引言,幾年前也和有關(guān)同志討論過(guò),空間結(jié)構(gòu)我認(rèn)為可以分為三個(gè)歷史階段:現(xiàn) 代空間結(jié)構(gòu)由兩部分組成,這個(gè)我們從下面這張圖來(lái)看,我們的空間結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是古代的 空間結(jié)構(gòu)、近代的空間結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu),我們想這么分。劃分的節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是很難的, 應(yīng)該有一段時(shí)間,這里正好有些工程,我正向劃分是1925年到1975年。現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu) 主要是從1975年開(kāi)始,近代空間結(jié)構(gòu)是1925年到1975年,古代空間結(jié)構(gòu)是從1900 年到1925年。在近代空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展采用了一些新的技術(shù),采用了結(jié)構(gòu)的組合、材料的組合,應(yīng)用一 些結(jié)構(gòu)概念以及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新形成在近代發(fā)展起來(lái)的組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、一些

3、其他的結(jié)構(gòu)。這個(gè)年代 是這么看,藍(lán)色的線是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu),分兩部分,一部分是新材料發(fā)展以后;第二部分是近 代空間結(jié)構(gòu)在原有的基礎(chǔ)采用新的建設(shè)以后,藍(lán)的線1975年這個(gè)里面也有,我們近代空間 結(jié)構(gòu)和古代空間結(jié)構(gòu)也并不是死的。為什么19251975年呢?古代的空間結(jié)構(gòu)大家知道 羅馬的萬(wàn)神殿,主要是拱券式穹頂結(jié)構(gòu),比如說(shuō)南京的無(wú)梁殿主要是磚石。最早的薄殼結(jié)構(gòu)是德國(guó)耶拿玻璃廠,后來(lái)四十年代、五十年代比較典型的是羅馬小體育 館。網(wǎng)架、網(wǎng)殼空間結(jié)構(gòu)也在德國(guó),一個(gè)蔡司天文館,15米跨度,后來(lái)各個(gè)國(guó)家也都有了。 我們國(guó)家的網(wǎng)架代表是首都體育館。古老的懸索結(jié)構(gòu)我們國(guó)家古代1825年竹索橋和鐵索橋, 近代一點(diǎn)195

4、3年美國(guó)瑞雷競(jìng)技館和北京工人體育館。1975年美國(guó)龐提亞克體育館是16 8mx220m,巨型的氣承式充氣膜結(jié)構(gòu)。后來(lái)日本人在東京設(shè)立了棒球館。我們第一部分 材料采用了輕質(zhì)、高強(qiáng)的材料、模材、索材以及鋼棒。向輕盈、高效空間發(fā)展,如氣承式膜 結(jié)構(gòu)。第二部分由這些近代空間結(jié)構(gòu),網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、RC殼,不再是單一,鋼筋混凝土、鋼筋都 在一起,或是鋼材,包括其他的材料都合在一起,結(jié)構(gòu)形式也不是單一的,多種的組合。另 外采用預(yù)應(yīng)力技術(shù),包括結(jié)構(gòu)的概念與形體的創(chuàng)新形成了一些新的空間結(jié)構(gòu),典型的比如說(shuō) 組合網(wǎng)架等等。現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)由這兩部分組成,大致的年代從上個(gè)世紀(jì)的七、八十年代開(kāi)始 到現(xiàn)在大概有三十幾年的時(shí)間。從1

5、975年到現(xiàn)在大概35年的時(shí)間,其中中間的50年近代空間結(jié)構(gòu)是比較多的。另 外要說(shuō)的我們近代空間結(jié)構(gòu)還在用,并不是現(xiàn)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)就不用了,這張圖說(shuō)明 當(dāng)代空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的情況,大致的內(nèi)容,由什么組成的,這是我想講的引言。第二,現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的分類。現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的分類以往有傳統(tǒng)的分類方法,五大空間結(jié) 構(gòu):薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu),還可以更細(xì)的分。所有的空間 結(jié)構(gòu)按這五大空間結(jié)構(gòu)分類我感覺(jué)現(xiàn)在不太夠,有些空間結(jié)構(gòu)不能包含在里面,前幾年我們 提出了分類方法按組成空間結(jié)構(gòu)的基本單元,組成空間結(jié)構(gòu)的基本單元不管是哪一種結(jié)構(gòu)五 大單元組成,這五大單元是:板殼單元、梁?jiǎn)卧⑺鲉卧?/p>

6、、桿單元、膜單元。對(duì)這五大單元我們做些說(shuō)明,五后面有一系列的具體空間結(jié)構(gòu),具體的空間結(jié)構(gòu)有具體 空間結(jié)構(gòu)的名稱,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、立體桁架、雙層網(wǎng)殼是桿單元組成的。預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼是由桿單元 組成的等等。組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu),上面是鋼筋混凝土,是由混凝土的板,這塊板肯定要帶梁的, 是由梁?jiǎn)卧约跋旅娴臈U單元組成。我們統(tǒng)計(jì)一下總共有具體名字的是38種,這個(gè)圖大家 可以看一下,我們有幾點(diǎn)說(shuō)明,這38點(diǎn)總共有17個(gè)小類,剛性單元組成是7種,3類柔 性空間結(jié)構(gòu),7類剛?cè)峤M合空間結(jié)構(gòu)。這38種空間結(jié)構(gòu)其中17種空間結(jié)構(gòu)是由桿單元或是由索單元、梁?jiǎn)卧容^活躍的 是桿單元、梁?jiǎn)卧⑺鲉卧0催@樣的分類方法,我感覺(jué)空間結(jié)構(gòu)分類直

7、觀性比較強(qiáng),一看 就清楚,他由什么東西組成的很清楚。它是由什么單元組成的,分析計(jì)算的時(shí)候用哪些單元 的軟件來(lái)分析?包容性把所有的空間結(jié)構(gòu)都包含里面。開(kāi)放性是今后新的空間結(jié)構(gòu)還要發(fā)展, 都可以往里面填充。說(shuō)到現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu),這里面總共有17種,根據(jù)剛才的分類方法是屬于現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu), 在這個(gè)圖里黃色的是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu),從空腹網(wǎng)殼開(kāi)始。下面我講快一點(diǎn),把每一個(gè)空間結(jié)構(gòu) 的特點(diǎn)和我們國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用情況做個(gè)介紹。第三,現(xiàn)代剛性空間結(jié)構(gòu),空腹網(wǎng)殼,樹(shù)狀結(jié)構(gòu),多面體空間剛架結(jié)構(gòu),局雙層網(wǎng)殼, 組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu),折板型網(wǎng)殼。空腹網(wǎng)殼,典型的就是國(guó)家大劇院,原來(lái)安德魯搞的時(shí)候由140片空腹殼組成的,沒(méi)有 交叉桿,我們通

8、過(guò)分析研究,發(fā)現(xiàn)它抗扭性不行、穩(wěn)定性不行,我們建議他加四道交叉桿, 安德魯吸收了我們的經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)在的國(guó)家大劇院里面有交叉桿,這是一個(gè)特例。空腹網(wǎng)架,是 寶安體育館。樹(shù)狀結(jié)構(gòu),實(shí)際上是多級(jí)分枝立柱支承結(jié)構(gòu),它可以分為主、次要,按粗、中、端枝來(lái) 分,用這樣的結(jié)構(gòu)體系,后面都可以解釋。這是深圳的文化中心。這個(gè)是杭州的奧體中心, 當(dāng)時(shí)搞的其中一個(gè)方法是用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。這個(gè)是浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期,我覺(jué)得這是簡(jiǎn)單的樹(shù)狀結(jié) 構(gòu)。多面體空間框架結(jié)構(gòu),典型的例子是水立方。水立方大家都清楚,由多面體組成的。墻 體里面由多面體的連邊組成,這就是多面體的結(jié)構(gòu)體系。大家可以看到多面體空間剛架結(jié)構(gòu) 有一個(gè)特點(diǎn),內(nèi)部每一個(gè)結(jié)點(diǎn)有四根

9、桿相交,一個(gè)框架至少有六個(gè)桿,他只有四個(gè)桿。局部雙層網(wǎng)殼,它是梁?jiǎn)卧蜅U單元組合,薄膜內(nèi)力處為主用單層網(wǎng)殼,有些彎曲內(nèi)力 處為主用雙層網(wǎng)殼。這是廣西桂平市體育館,這個(gè)是杭州奧體中心,它是花瓣式的,有三層 的,有雙層的。這是南通的體育場(chǎng),大部分是單層,但是用立體桁架分一下,通過(guò)網(wǎng)的體系 把它劃分為一塊一塊的,有的地方是單層。組合網(wǎng)架,去掉上弦,替代RC帶肋板,用兩種材料鋼筋混凝土、鋼材,承重作用合而 為一,可以用高層,多層也可以。這是新鄉(xiāng)百貨大樓是多層建筑,36米X36米跨度的百貨 大樓。上海購(gòu)物中心七層、八層用組合網(wǎng)架。折板型網(wǎng)殼,外形為折板型,可梁元或桿元,可以單層也可以雙層,早期杭州有一個(gè)

10、工 程,杭州陳經(jīng)綸網(wǎng)球場(chǎng)。深圳大運(yùn)體育中心,深圳大運(yùn)會(huì)游泳館。還有廣州大劇院,這個(gè)是 在我們學(xué)校專門做了一個(gè)模擬大運(yùn)會(huì)場(chǎng)館。第四,現(xiàn)代柔性空間結(jié)構(gòu):氣承式充氣膜結(jié)構(gòu),和柔性支承膜結(jié)構(gòu)。氣承式充氣膜結(jié)構(gòu),氣囊式、氣承式中的一種,1.003atm,高壓體系,膜面K0,膜 材要求強(qiáng)度:半透明,自潔性,耐燃性。膜材:織物基層+涂抹,PVC、PTFE、ETFE。充 氣膜結(jié)構(gòu)在上個(gè)世紀(jì)的70年代在上海展覽館北館做了一個(gè),后來(lái)拆掉了,28米X36米。 當(dāng)前在2010年大家知道在內(nèi)蒙古的鄂爾多斯在響沙灣做了 105米X95米的展覽館,我們 國(guó)內(nèi)比較大一點(diǎn)的就是這個(gè)。柔性支承膜結(jié)構(gòu)其實(shí)是索膜結(jié)構(gòu),它的水平更高一

11、些,它是索單元、膜單元的組合,索 膜協(xié)調(diào),一般是風(fēng)荷載控制,通常是與剛性支承混合應(yīng)用。威海市體育場(chǎng),236mx209m。 典型的是上海世博會(huì),97mx840m。這里面索膜結(jié)構(gòu)的組成圖,有邊索、谷索、吊索等。 這是施工安裝的情況。這是深圳歡樂(lè)谷音樂(lè)廳,也是柔性支承的。第五,現(xiàn)代剛?cè)嵝越M合空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用張弦梁結(jié)構(gòu)、弦支網(wǎng)殼,索穹賢網(wǎng)殼,張弦氣肋梁,預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架,斜拉網(wǎng)架,張弦立體 桁架,預(yù)應(yīng)力裝配弓式結(jié)構(gòu),索桁結(jié)構(gòu),索穹頂。張弦梁結(jié)構(gòu),現(xiàn)在用得比較多了,實(shí)際梁、下弦、豎三種單元組合在一起。最早的是上 海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng),浦東機(jī)場(chǎng)的二期是多跨梁式的,張弦梁可以用V字型的支撐支承。弦支網(wǎng)殼,這兩年搞得

12、比較多,而且水平也比較高,怎么組成的我就不說(shuō)了,大家看看 工程。這是國(guó)內(nèi)比較早的工程,天津保稅區(qū)的大堂,35米,后來(lái)發(fā)展到60米到80米。 這是北工大的羽毛球館。濟(jì)南體育館。深圳新火車站跨度43米,這是它的剖面,這在世界 上也是第一個(gè)。索穹頂-網(wǎng)殼組合結(jié)構(gòu),這個(gè)還沒(méi)有工程,做了一些實(shí)驗(yàn),這是索穹頂與單層網(wǎng)殼的組合 結(jié)構(gòu),在我們學(xué)校做過(guò)模型實(shí)驗(yàn)。濟(jì)南體育館的時(shí)候我們做了一個(gè)方案,傅總也做了一個(gè)方 案,最后沒(méi)有采用。張弦氣肋梁,這是當(dāng)前世界新的一種結(jié)構(gòu)體系,我們國(guó)內(nèi)還在研究,它是張弦氣肋梁, 充氣肋代替張弦梁的豎梁,2007年瑞士做了一個(gè)汽車站,這個(gè)張弦梁中間不是肋而是充氣 結(jié)構(gòu)在一起的。這種我們

13、國(guó)內(nèi)也在研究,今后的發(fā)展方向還需要進(jìn)一步的研究。這種結(jié)構(gòu)體 系國(guó)外用在橋梁里也有。預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架,這是早期1994年在廣東清遠(yuǎn)有一個(gè)體育館,六根弦的。攀枝花有一個(gè)體 育館,缺角八邊形。高安體育館,拉了四根索,圍成四支點(diǎn)的。上海購(gòu)物中心有四道索。斜拉網(wǎng)架,杭州的黃龍?bào)w育中心,除了穩(wěn)定斜拉后面加了一些穩(wěn)定索。這是在浙大搞了 一個(gè)斜拉的結(jié)構(gòu),這是它的計(jì)算模型。張弦(立體)桁架,早期是廣州的會(huì)展中心,這是施工的情況,北京奧運(yùn)會(huì)的體育館, 這是當(dāng)時(shí)跨度最大的張弦桁架,這是它的構(gòu)造情況。預(yù)應(yīng)力裝配弓式結(jié)構(gòu),這個(gè)我們國(guó)內(nèi)自己搞的,加一個(gè)索再提起來(lái),再增加一段,再加 一根索,施工安裝比較方便,比較大型的機(jī)器設(shè)備。國(guó)內(nèi)第一個(gè)典型工程1994年建成的, 釣魚臺(tái)國(guó)賓館的網(wǎng)球館。索桁結(jié)構(gòu),由承重索和穩(wěn)定索再加豎桿組成的,自平衡體系。這是吉林冰球館、佛山世 紀(jì)蓮體育場(chǎng),寶安體育場(chǎng)、樂(lè)清體育場(chǎng)的索不是封閉的,一半的地方斷掉了,是這樣體系, 這是它的計(jì)算模型,在浙大做實(shí)驗(yàn)。索穹頂,效率比較高,省鋼材。我們國(guó)內(nèi)第一個(gè)索穹頂。這是72米鄂爾多斯體育館

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