四種空間結(jié)構(gòu)類型的比較
時間:2015-06-04 00:32:15
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一，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)
外形呈平板狀的叫平板網(wǎng)架，簡稱網(wǎng)架；外形呈曲面狀的叫曲面網(wǎng)架，簡稱網(wǎng)殼。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)空間剛度大，整體性和穩(wěn)定性好，有良好的抗震性能和較好的建筑造型效果，適用于各種支承條件和各種平面形狀、大小跨度的工業(yè)和民用建筑。由于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有多向受力性能和內(nèi)力重分布的特點(diǎn)，可用于地基條件較差而可能出現(xiàn)不均勻沉降的建筑。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)比較單一，便于制作，安裝也較方便。此種結(jié)構(gòu)主要采用鋼材，結(jié)構(gòu)自重輕。具有用鋼量節(jié)省的優(yōu)點(diǎn)。
二，膜結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)(Membrane)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，膜結(jié)構(gòu)車棚是由多種高強(qiáng)薄膜材料及加強(qiáng)構(gòu)件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。
膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來的一種形式，自從1970年代以來， 膜結(jié)構(gòu)在國外已逐漸應(yīng)用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務(wù)設(shè)施等大跨度建筑中。
膜結(jié)構(gòu)是由多種高強(qiáng)薄膜材料及加強(qiáng)構(gòu)件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)可分為充氣膜結(jié)構(gòu)和張拉膜結(jié)構(gòu)兩大類。充氣膜結(jié)構(gòu)是靠室內(nèi)不斷充氣，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定壓力差，室內(nèi)外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實現(xiàn)較大的跨度。張拉膜結(jié)構(gòu)則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型。
膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要包括體形設(shè)計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設(shè)計確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強(qiáng)主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來提高，對膜結(jié)構(gòu)而言，任何時候不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀最終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行荷載分析和裁剪分析。膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要精確計算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進(jìn)行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個方向應(yīng)力增加而另一個方向應(yīng)力減少，這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在最不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。因為膜材料比較輕柔，自振頻率很低，在風(fēng)荷載作用下極易產(chǎn)生風(fēng)振，導(dǎo)致膜材料破壞，如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強(qiáng)度儲備少，對受力構(gòu)件強(qiáng)度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過荷載計算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個膜結(jié)構(gòu)工程中最關(guān)鍵的一個問題，這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。
三，索結(jié)構(gòu)
由柔性受拉索及其邊緣構(gòu)件所形成的承重結(jié)構(gòu)。索的材料可以采用鋼絲束、鋼絲繩、鋼鉸線、鏈條、圓鋼，以及其他受拉性能良好的線材。懸索結(jié)構(gòu)能充分利用高強(qiáng)材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。中國是世界上最早應(yīng)用懸索結(jié)構(gòu)的國家之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊橋跨越深谷。明朝成化年間（1465～1487年）已用鐵鏈建成霽虹橋。近代的懸索結(jié)構(gòu)，除用于大跨度橋梁工程外，還在體育館、飛機(jī)庫、展覽館、倉庫等大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。
四，拱殼結(jié)構(gòu)
拱殼結(jié)構(gòu)屬于大跨度空間結(jié)構(gòu)，其外形尺寸的準(zhǔn)確與否對結(jié)構(gòu)受力性能大有關(guān)系，因此，在施工中不僅要保持準(zhǔn)確的外形，同時，對混凝土的均勻性、密實性、整體性都較普通結(jié)構(gòu)要求高。
澆筑殼體結(jié)構(gòu)時，為了不減低周邊殼體的抗彎能力和經(jīng)濟(jì)效果，其厚度一定要準(zhǔn)確，在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)加控制。控制其厚度可采取如下措施：
（1）選擇混凝土坍落度時，按機(jī)械振搗條件進(jìn)行試驗，以保證混凝土澆筑時，在模板上，不致有坍流現(xiàn)象為原則。
當(dāng)周邊殼體模板的最大坡度角大于35°~40°時，要用雙層模板。
（2）按殼體一定位置處的厚度，做好和殼體同強(qiáng)度等級的混凝土立方塊，固定在模板上，沿著殼體的縱橫方向，擺成1~2m間距的控制網(wǎng)，以保證混凝土的設(shè)計厚度。
