1、建國以來大跨度建筑的空間結構發展空間大跨度結構是建筑工程發展的一個重要標志，我國自五十年代以來就開展了對薄殼 結構、懸索結構的研究開發與應用，建成了一批有影響的代表性工程，并取得了一大批研究 成果。八十年代由于計算機技術的發展，空間網格結構在理論研究、標準規范和工程實踐等 方面均取得了舉世矚目的成績。隨著國力的增強，新材料的不斷出現，空間結構由單一結構 形式發展為組合結構、混合結構等多種結構形式，應用范圍也從公共建筑、體育建筑發展到 工業建筑乃至建筑的各個領域。50年來，空間大跨度結構取得的輝煌成就使我們能充滿信 心地去營造21世紀更廣闊的空間。一、五十年空間大跨度結構的發展歷程建國50年來，

2、空間大跨度結構經歷了四個發展時期：第一時期為五十年代末至六十年代 中期，第二時期為七十年代末至八十年代中，第三時期為八十年代末到九十年代初，第四個 時期為九十年代。這四個發展時期都是依據當時的國力和建筑技術水平，反映出各自的結構 特點與技術水平。1、五十年代末至六十年代中期五十年代末，隨著建國十年來國力的復蘇，國家已有能力關注大型體育館與大跨度公 共建設的需要。廣大結構設計研究人員也以空前的熱情投入于薄殼結構、懸索結構的理 論研究。這些理論研究緊密結合工程需要，在當時產生了很好的效果。在薄殼結構方面，我國技術人員對球殼、圓柱面柱、雙曲扁殼、組合扭殼等作了系統的 理論研究，發表了一大批高質量的論

3、文。在理論研究的基礎上，進行了大量的工程實踐， 其中代表性的工程如新疆某工廠的金工車間，采用跨度60m的橢園旋轉殼體結構，目前 該工程仍為國內最大跨度的薄殼結構。還建成了跨度42m雙曲扁殼的北京網球館。建成 于1959年的北京火車站，其跨度為35mx35m，也采用雙曲扁殼結構。薄殼結構取材容 易、材料省、結構與建筑圍護合二為一，造價低，除模板制作稍麻煩外，施工相對簡便， 計算分析可用連續化方法求解，這些都是符合當時的技術水平與施工條件的。配合大量 的理論研究與工程實踐，于1965年完成了國內第一本空間結構方面的規程鋼筋混凝 土薄殼頂蓋及樓蓋設計計算規程(BJG16-65)，這一規程對以后薄殼結

4、構的設計與施工 起到了積極的指導作用。北京火車站與薄殼結構相對應，開展懸索結構的研究與工程實踐也是該時期的一個顯著特點，當時 對懸索結構的分析方法也是采用連續化分析方法，也曾對各種類型的索結構進行過系統 研究。懸索結構方面有代表性的工程為：建成于1961年的北京工人體育館，96m直徑， 采用車輻式雙層懸索結構；建成于1967年的浙江人民體育館，橢圓形平面，長軸80m， 短軸60m，屋蓋采用雙曲拋物面預應力鞍形索網體系，該結構體系屋蓋包括外環梁配筋， 其耗鋼量17.3kg/。依據當時的國力，在確保安全的前提下節省用材，尤其是節約鋼 材，這也是當時追求技術水平的一個顯著特點。北京工人體育館網架結構

5、，1964年在上海用角鋼焊接成了一個當時并不為人們看好的網架，該項目是華 東師院球類房，跨度為31.4mx40.5m，采用正方四角錐結構形式。它是中國空間結構歷 史上的第一個空間網架，當時任何人都不會想到，就由此引發了八十年代、九十年代中 國空間網架結構的空前繁榮。該時期最有影響的，且目前仍為國內最大跨度的網架，是 1967年建成的首都體育館，跨度為99mx112m，該結構分析時是國內第一次采用電算， 用差分法以手工方式填寫總綱。1956年建成的天津體育館屋蓋平面尺寸為52x68m，采 用帶拉桿的聯方型圓柱面網殼。建成于1967年的鄭州體育館，其直徑64m，是我國早 期的代表性網殼結構。首都體

6、育館整個五十年代末至六十年代中是中國空間結構一個較為輝煌的時期，雖然工程項目不 多，但工程已包括薄殼、懸索、網架、網殼等多種結構形式，并且這些工程都具有跨度 大的特點。如北京工人體育館、浙江人民體育館、北京首都體育館等，在國際空間結構 技術上都有一定的影響。這一時期的理論研究與工程實踐為今后中國空間結構的發展，奠定了堅實的基礎。2、七十年代末至八十年代初在整個六十年代末至七十年代中的十年“文革”期間，中國空間結構的發展基本上處于 停滯狀態，完成的工程也只限于幾座網架，如建成于1975年的上海體育館，直徑110m， 平板型三向網架。在七十年代末文化大革命”結束后，隨著國民經濟的恢復，空間結構 工

7、程界的一批有識之士，傾全力發展中國的空間結構。主要以中國建筑科學研究院牽頭 開發出螺栓球節點網架與有中國特色的焊空心球節點網架，并主編網架結構設計與施 工規定(JGJ7-80)，這一規程是國際上最早的在網架結構設計與施工方面的技術規程， 于1981年頒布試行。規程的頒布使設計、施工安裝有章可循，是網架結構今后得以大 發展的關鍵因素之一。在此期間國內已開發出以空間桁架位移法的電算程序，可以用于 網架的內力分析與計算。同時八十年代初期已出現了 45家網架結構專業化生產廠家。 至此網架結構作為一種成熟產品，形成了設計、制作、施工安裝的一套完整體系。網架 開始廣泛用于大跨度體育建筑。當時建設的一些省會

8、城市的體育館，基本上都采用平板 型網架結構，如上海游泳館，不對稱六邊形平面，對角最大距離95m； 1984年完工的 河北省體育館70.4mx83.2m；陜西省體育館66mx90m；深圳市1985年落成的四柱支承 的60m跨度，外圍尺寸90mx90m的平板二向正交網架等等。在我國對外援建的體育館 多達8座，跨度一般為60m80m，均采用平板網架。這一時期的一個顯著特點，是大 跨度體育館中基本上采用平板型網架結構，而且大多只以建造省會及中等城市的體育 館。總體來說網架結構已大量應用，但相對而言其它結構型式發展與應用很少。該時期的一個可喜跡象是網架在單層工業廠房的應用中作了初步嘗試，如1981年完

9、成的唐山機車車輛廠16000 E單層廠房，采用網架結構，柱網尺寸為18mx18m。隨后 北京石化公司東風化工廠地毯裝置主廠房，其柱網尺寸為18mx18m，總面積達4萬平 方米。通過這些工程，積累了大量寶貴經驗，為今后網架在單層廠房的廣泛應用打下了 堅實的基礎。上海體育館3、八十年代中至九十年代初該時期是中國空間結構空前繁榮時期，建筑師已不再簡單滿足于普通的平板網架 結構，開始追求新型的建筑造型，要求結構工程師以新的結構形式來代替平板網架。 此時空間結構進入日新月異的發展階段。懸索結構再次得到重視，其優美的曲線造型樂于被建筑師們采用。在理論研究方面 已編制出可用于索結構、索網結構的非線性分析軟件

10、，可以對索桁架、索網等進行 分析計算，并對一些新型的結構形式，如橫向加勁單曲懸索屋蓋、空間雙層索系， 國內的研究單位與高校都做了系統的分析與試驗研究。在短短的七、八年間，國內 就完成了各類形式的懸索與斜拉結構計20余座。其中具有代表性的是1986年建成 的吉林滑冰館，平面尺寸59mx72m，采用空間雙層索系；1989年建成的安徽體育 館，跨度53mx72m，采用橫向加勁單曲懸索結構，這一結構形式隨后相繼用于上 海揚浦體育館、廣東潮州體育館。鞍形索網與中央大拱組合的雜交結構有74mx79m 的*體育館，卵形平面73mx89m的青島市體育館。這里值得一提的是在山東淄博 地區，由于設計人員的不懈努力

11、，在淄博及周邊地區共完成6座中小跨度的懸索結 構工程，且包含了各種結構形式，是應用與推廣懸索結構的一個成功典范。與懸索結構的發展相適應，一種造型美觀、受力合理、制作簡便的網殼結構興起 也是該時期一個突出特點。針對網殼結構的受力特征，尤其是網殼結構的穩定問題 作了從連續化到離散化的大量研究工作。網殼的節點形式，特別是對于單層網殼， 有采用焊接球節點、嵌入式轂式節點，當跨度較小的單層球面網殼有加粗螺栓，加 大套筒的螺栓球節點。由于成熟的網架加工與施工安裝技術，可方便地應用于網殼， 因此在八十年代后期至九十年代初網殼結構發展很快，據不完全統計這一時期的網 殼工程有五、六十項之多。結構分有單層、雙層，

12、類型上分有球面殼、圓柱面殼、 雙曲扁殼、扭殼及各種復雜曲面殼及組合曲面網殼。單層球面網殼當時首推建成于 1989年的山西稷山選煤廠煤庫，直徑47.2m，用嵌入式轂式節點。濟南動物園1989 年建成兩座單層球面網殼，直徑分別為40m與46m，采用焊接空心球節點。建成 于1989年的濮陽中原化肥廠尿素散裝庫，平面尺寸58mx135m，采用雙層圓柱面 殼。嘉興發電廠干煤棚，平面尺寸80mx102m，采用雙層三心圓柱面網殼。各種網 殼結構形式多樣化是該時期的一大特點。在這一時期，又喜逢第十一屆亞運會于1990年在北京召開，期間新建各類場館 共計22座，其結構形式多樣，有網架結構、網殼結構、懸索結構、雜

13、交結構等。 大跨網殼結構在亞運會體育建筑中具有鮮明特點，如平面59.2mx59.2m的北京體育 學院體育館，采用四角帶落地斜撐的四塊組合雙層扭網殼。北京奧林匹克綜合館， 平面尺寸72mx83m，采用斜拉網殼結構。北京石景山體育館正三角形邊長99m， 采用中間帶三角支撐的組合型雙層扭網殼。此外還有采用中間索拱與索網組合的北 京朝陽體育館，其橢園平面66mx78m。北京亞運會場館的另一個鮮明特點是由幾 種結構形式按其各自特點組合形成雜交結構。為了發展的需要，九十年代初對網架結構設計與施工規定(JGJ7-80)進行了修訂， 并于1991年頒布了網架結構設計與施工規程(JGJ7-91)，技術規范的修訂

14、與頒布 極大地促進了網架結構的應用與發展，如1990年建成的西安秦兵馬俑2號坑 96mx96m網架，仍是國內一個較大跨度結構。另外研究開發出的新型的組合網架 結構，即用鋼筋混凝土板作上弦，腹桿、下弦桿為鋼桿件組合而成，如1987年建 成的江西撫州地區體育館，平面尺寸45.5mx58m。1987年落成的新鄉市百貨大樓 加層擴建工程，樓層平面尺寸34mx34m，共加蓋4層。這一時期，國內的組合網 架達到20余座。網架結構計算分析方面的重大突破是九十年代初，國內的幾家研究單位、高校與設 計單位都先后開發出實用化的網架結構CAD程序，可以完成網架的前處理，自動滿 應力設計，節點的自動設計，結構圖與加工

15、圖的繪制等功能，使網架的設計快速、 準確，有力地推動了網架結構的普及。網架結構在大面積工業廠房建設中得到更進一步的推廣，如長春第二發動機廠6萬 E大面積單層工業廠房網架、柱網18mx18m，這一時期網架在單層工業廠房中的 應用更加成熟，更樂于被設計人員采用。首先是大柱網便于滿足工藝流程要求，其 次是杰出的整體力學性能及快速的安裝與相對較低的造價使得在越來越多的工業 領域應用，包括汽車制造、治金、輕工、紡織、造船等行業都采用大面積大柱網網 架結構。正是這點，拓展了網架結構的應用領域，面向了量大面廣的市場，因而最 具中國特色。北京體育學院體育館二、近期的發展 近時期，主要從1995年開始至今，中國

16、的空間結構發展正向更深的層次邁進，其主要特點 為：網架的應用仍是最大的主流，網殼的跨度進一步加大，薄殼結構基本上不采用，懸索結 構絕少采用，張拉整體結構正處于研究的高潮，膜結構在工程化方面開始起步。網架結構仍是空間結構的最主要形式，國內目前有網架專業化生產并有一定規模的生產廠 家，估計全國合計有5060家（若包括各小廠、小公司則將在200家以上），有45家廠家 產值超過億元，全國網架年竣工面積估計達200萬E以上，這個數量在世界上遙遙領先。跨 度方面比較有影響的是1995年9月安裝完工的北京首都機場2x153mx90m的四機位巨型機 庫，該機庫大門處為153m雙跨連續跨的格構式大梁，306mx

17、90m的三層網架支承于前側的 格構式大梁與周邊柱上，屋蓋鋼結構用鋼量為 5000t。同期完成的還有廈門太古機庫，154mx70m ；成都飛機維修公司機庫，140mx82m。北京首都機場網殼結構，現今向著更大的跨度發展，如1995年安裝完畢的哈爾濱速滑館，采用雙層網殼 結構，兩端的半球殼加中間圓柱面殼，尺度達86.2mx191.2m。采用螺栓球節點，由于網殼結構受力合理，其耗鋼量僅為50kg/E。隨著材料技術的發展，鋁合金材料也在網架、網殼結構中得到了應用。一些科研院所、大專 院校都對此展開了研究，并在工程中應用，如某研究基地中的零磁車間，平面尺寸為22mx26m，整個建筑物的墻體及屋蓋均采用了

18、鋁合金網架結構。此外，在上海的八運會體育場館中鋁合金結構也得到了應用。國內有5至6所大學與研究單位對張拉整體結構的力學特性與構成機理等理論問題作了較為 深入的研究，有些單位還開發了分析程序并做了模型試驗予以驗證。膜結構的研究在中國已有10余年的歷史，對膜結構的力學性能，膜結構的初始形狀確定， 非線性靜力分析、剪裁分析作了系統的研究，并與模型試驗相驗證，理論方面已有了足夠的 準備。但主要由于膜材料供應的原因，中國的膜結構工程實踐才剛剛起步，這些工程有些是 由國外承包商完成的，有些是國內企業施工的或購買進口膜材或采用國內生產的性能較差的 膜材。如由國外承包商承建的上海體育場立體桁架頂上的膜結構，是

19、膜結構用于空間結構的 一個成功范例。由于從材料到施工都是國外技術，造價遠遠高于傳統結構，但對于膜結構的 發展，意義是深遠的。1995年由國產材料、國內力量施工的北京順義某游泳館，平面尺寸 為30mx36m，采用氣承式空氣膜，預計使用年限10年以上，雖然構造、施工方面都做得很 不夠細致，但畢竟可以稱得上國內第一個全國產化的膜結構。國內隨后相繼建成的膜結構有 蘇州樂園音樂廣場，面積2650 E，由5根桅桿支承構成5座傘狀張拉膜；天津開發區泰達 體育場看臺，由14個7.8mx7.2m傘形膜組合成雨蓬；1998年初竣工的長沙世界之窗劇場膜 結構，平面是扇形，面積為3500 E，采用索與膜結合的張力膜結

20、構。膜結構以其自重輕、 跨度大、施工快、造型優、結構與使用性能卓越而具有遠大的的發展前途。上海體育館1992年建設部組織了中國建筑科學研究院等單位對原鋼筋混凝土薄殼頂蓋及樓蓋結構設 計計算規程(BJG16-65)進行了修訂，并于1998年頒布了鋼筋混凝土薄殼結構設計規程 (JGJ/T22-98)。但國內薄殼結構工程近期除了江西宜春1994年建成拱跨48m的雙曲拋物面混 凝土扭殼后，一直再沒有工程應用，主要原因是支模工作量大，施工相應較困難，同時計算 工作也較麻煩，這是薄殼結構最近很少采用的原因。同樣對于懸索結構，雖然結構性能很好， 但由于分析太復雜，又沒有實用化的分析軟件，而且對于邊緣構件要求

21、很高，因而近年來沒 有發展。三.未來展望中國的空間結構在新的2I世紀來臨之際還將會有很大的發展，首先是綜合國力 不斷強盛，中國已逐步具有建造超大跨度的經濟實力。其次是體育運動的需要， 如能承辦2008年的*會或建室內田徑場和足球場，國內的近100m跨度就滿足不 了需要。同時一些公共建筑或特殊工業建筑如展覽館、候機候車廳、大型干煤棚、 大型飛機維修庫，都有這方面的迫切需求。最后是國內對于大跨、超大跨建筑， 其結構方面的研究與設計及制造方面，對網架網殼技術上已很成熟，而對張拉整 體及膜結構，其基本條件也趨于成熟。對中國的空間結構今后將側重于下列幾個 方面的發展：網架結構仍是空間結構的主流，其最大跨度將會達到150