大跨空間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計探究范文

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摘要:

采用文獻(xiàn)資料法和描述性研究法，以多層大跨超長混合建筑為研究對象，闡述了大跨空間結(jié)構(gòu)的具體分類方法，探討了多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中主要的設(shè)計方式，為多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了思路。

關(guān)鍵詞:

建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計，大跨空間

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑本身而言具有極為重要的意義和價值。分析和研究各類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的根本目的是應(yīng)用經(jīng)濟效益最高的創(chuàng)作手法，確保建筑結(jié)構(gòu)的各項作用和功能在預(yù)定期限內(nèi)能夠達(dá)到并保持最佳狀態(tài)。建筑技術(shù)的日新月異和建筑經(jīng)濟的發(fā)展使得多層大跨度建筑結(jié)構(gòu)在我國得到了長足發(fā)展。同時，建筑結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出越來越多的種類。故而，多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的探究顯得尤為重要。

1大跨空間混合結(jié)構(gòu)的分類

大跨空間混合結(jié)構(gòu)在不同研究方向下有著不同的劃分方式。按照大跨空間混合結(jié)構(gòu)的材料進(jìn)行分類，可將其詳細(xì)地分為木質(zhì)材料結(jié)構(gòu)、鋼筋材料結(jié)構(gòu)、鋁合金材料結(jié)構(gòu)以及多種材料綜合的復(fù)合型材料結(jié)構(gòu)等。而按照大跨空間混合結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行分類，又可以分為空間結(jié)構(gòu)與平面結(jié)構(gòu)兩種。其中，平面結(jié)構(gòu)在主要構(gòu)件平面上集中體現(xiàn)了外部的荷載作用和內(nèi)部的支座反力，而空間結(jié)構(gòu)則是在三維空間的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對外荷作用的接收和釋放。按照大跨空間混合結(jié)構(gòu)的形態(tài)來分類，則可以分為面系結(jié)構(gòu)、骨架結(jié)構(gòu)和實體結(jié)構(gòu)等。這三種結(jié)構(gòu)在形態(tài)上的不同都可以根據(jù)混合結(jié)構(gòu)截面的尺寸大小進(jìn)行區(qū)別和分辨。

除上述三種主要分類方式以外，近幾年還興起另外兩種按照大跨空間混合結(jié)構(gòu)在力上的改向差異而劃分的新型混合結(jié)構(gòu)，即剛性混合結(jié)構(gòu)和剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)。剛性混合結(jié)構(gòu)的構(gòu)成部件主要由梁單元體系、拱單元體系和桿單元體系三者混合構(gòu)成(或是三者中的任意兩者混合構(gòu)成)。作為混合結(jié)構(gòu)中最具代表性的剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)則主要通過協(xié)調(diào)融合剛性結(jié)構(gòu)中特有的抗彎曲能力、柔性結(jié)構(gòu)中特有的抗拉伸能力等綜合性的能力，進(jìn)而有效提升大跨空間整體性混合結(jié)構(gòu)的性能和功效。近年來的研究文獻(xiàn)和相關(guān)資料中已經(jīng)對新型剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了科學(xué)合理的劃分，將其分為混合加勁體系、混合張拉體系、混合型吊掛體系和半剛性懸掛體系四種大跨空間混合結(jié)構(gòu)類型。

然而，不管是哪種分類，亦或哪種類型的大跨混合結(jié)構(gòu)，在多層大跨超長混合建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中都需要綜合應(yīng)用不同的受力構(gòu)件。將形態(tài)不同和功效不同的構(gòu)件聯(lián)合起來，使之成為一個統(tǒng)一和諧的整體。一般情況下，大跨空間的混合機構(gòu)內(nèi)部至少會存在兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)體系，每一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)都必須保證傳力和受力的平衡，并且實現(xiàn)子系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間的相互協(xié)作，進(jìn)而實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)體系的平衡。只有這樣才能有效確保多層大跨超長混合建筑在力學(xué)傳導(dǎo)上的穩(wěn)定性和安全性。

2多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)作方式

2．1并列式的結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)作手法多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的并列(Combination)指的往往是多親子結(jié)構(gòu)或雙親子結(jié)構(gòu)都非常完整和齊全的一種受力機制類型形態(tài)。混合建筑結(jié)構(gòu)在這種受力作用下，子結(jié)構(gòu)之間的力傳遞會遵循各自結(jié)構(gòu)特點獨立完成荷載的接收、力的傳遞與負(fù)荷的釋放等，進(jìn)而在優(yōu)勢上取長補短、協(xié)調(diào)互補。多層大跨超長混合建筑并列結(jié)構(gòu)設(shè)計中多親子結(jié)構(gòu)或雙親子結(jié)構(gòu)之間跨越的距離很近，支點位置基本上大致相同。根據(jù)混合建筑結(jié)構(gòu)提供彈性支點的不同方式進(jìn)行劃分，可以將多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的并列創(chuàng)作手法分為支撐式并列和吊掛式并列兩種。兩種并列的創(chuàng)作手段在彈性支點供力方式上的具體差異如圖1所示。 從圖1可以看出，支撐式并列指的是“子結(jié)構(gòu)(一)”以下部支撐方式為“子結(jié)構(gòu)(二)”提供彈性支點。多親子結(jié)構(gòu)和雙親子結(jié)構(gòu)及其連接構(gòu)件均為剛性實體，依據(jù)子結(jié)構(gòu)相互之間的審美目的和功能需求決定子結(jié)構(gòu)間的關(guān)系是平行還是垂直。考慮到多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在形態(tài)上和力流上的雙重要求，通常情況下設(shè)計師會利用拱單元體系的結(jié)構(gòu)為其他單元體系結(jié)構(gòu)類型提供多個彈性支點。這種支撐式并列的創(chuàng)作手段因其自身良好的力學(xué)指標(biāo)和跨越能力而受到了結(jié)構(gòu)設(shè)計師的廣泛喜愛。另一方面，吊掛式并列是一種將支撐式并列的創(chuàng)作手段直接翻轉(zhuǎn)過來的創(chuàng)作手段。除供力方式不同之外，其向“子結(jié)構(gòu)(二)”提供多個彈性支點的“子結(jié)構(gòu)(一)”也不再是剛性實體，而是極具柔軟性的實體。由于懸掛體本身是一個單點質(zhì)量塊，且具有一定的尺度結(jié)構(gòu)。所以，大多數(shù)時候可以直接將整個混合吊掛體系看作由吊掛式并列方式構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)整體。和支撐式并列的創(chuàng)作方式相比，吊掛式并列的承載體系形式更加靈活多變，比如鋼拱承載體系、鋼柱承載體系、桁架承載體系和混凝土塔柱的承載體系等;吊掛式并列的形式也有懸掛和斜拉這兩種類別;斜拉型的吊掛式并列還下設(shè)有五種不同的斜拉形式。吊掛式并列方式中多種多樣的創(chuàng)作形式使得多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的造型手段豐富多樣。

2．2連接式的結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)作手法連接式結(jié)構(gòu)是多親子結(jié)構(gòu)或雙親子結(jié)構(gòu)在形態(tài)結(jié)構(gòu)和受力機制保持不變的情況下，根據(jù)結(jié)構(gòu)中各個段落的受力特點，以及不同力學(xué)要求，而選取不同連接方式。例如，利用截面或向量作用下結(jié)構(gòu)體系的懸臂式特點，或者膜形態(tài)作用下結(jié)構(gòu)體系的輕質(zhì)特點進(jìn)行連接，并從中產(chǎn)生和創(chuàng)作出不同于傳統(tǒng)混合結(jié)構(gòu)的全新形態(tài)。在眾多的連接方式中，多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有兩種連接手段，分別是單側(cè)懸臂式連接和雙側(cè)支點式連接。兩種連接的差異如圖2所示。從圖2可以看出，單側(cè)懸臂式連接為多層大跨超長混合建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了一種全新思路。首先根據(jù)各個段落的不用力學(xué)要求，對結(jié)構(gòu)中起作用的長度進(jìn)行比對，從而選用不同類型的單側(cè)懸臂式連接體系，以此強化結(jié)構(gòu)體系控制力的可行性與合理性，發(fā)揮出單側(cè)懸臂式連接在多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的最大潛力。單側(cè)懸臂式連接對力流的控制精準(zhǔn)度較高，不僅連接形式較為豐富，且對不同結(jié)構(gòu)形式的嫁接關(guān)系處理也很容易形成建筑物的視覺焦點。雙側(cè)支點式連接和單側(cè)懸臂式連接最大的不同是在多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有所不同。這一創(chuàng)作手段的發(fā)展具有相對比較長的歷史，最早可以追溯到介于連續(xù)梁模式和懸臂梁模式之間的格貝梁模式。在多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)的形態(tài)和功能愈發(fā)繁瑣和復(fù)雜的情況下，雙側(cè)支點式連接已經(jīng)成為混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系中一種相當(dāng)常見的創(chuàng)作手段。最典型的一種雙側(cè)支點式連接方式是為了滿足多層大跨超長混合建筑在造型和功能上的需求，而在整體結(jié)構(gòu)中的某一段落選擇和提取出可以承載這些需求的其他類型子結(jié)構(gòu)。例如，日本下關(guān)市唐戶市場和大阪著名的游泳館都是采用這種創(chuàng)作手段來進(jìn)行混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2．3疊合式的結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)作手法多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的疊合(Superposition)指的是多親子或雙親子不同的結(jié)構(gòu)類型，以平行或交叉方式放置在整個起作用的區(qū)域，利用共同執(zhí)行力的改向作用而形成的一種設(shè)計方法。這種多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)作手段可以在最大程度上發(fā)揮出不同結(jié)構(gòu)類型的力學(xué)優(yōu)勢。即便在混合建筑中的多親子結(jié)構(gòu)或雙親子結(jié)構(gòu)保留著原有的類型形態(tài)和受力機制，混合建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部力量的分布也會參照各個子結(jié)構(gòu)在受力特點上的差異進(jìn)行科學(xué)合理的配比，通過使不同的子結(jié)構(gòu)承擔(dān)起不同的傳力機制以達(dá)到優(yōu)化體系的目的。根據(jù)疊合式創(chuàng)作手段在多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中布置方式和坐標(biāo)方向上的不同，可以將其分為平行式疊合和交叉式疊合這兩種創(chuàng)造方式。兩種疊合式創(chuàng)作手段的具體受力如圖3所示。從圖3可以看出，平行式疊合指的是混合建筑的多親子結(jié)構(gòu)或雙親子結(jié)構(gòu)在坐標(biāo)方式上保持一致，并且利用不同結(jié)構(gòu)類型的受力特點承擔(dān)不同屬性結(jié)構(gòu)應(yīng)力的一種設(shè)計方式。比如，將具有相反撓曲性質(zhì)的“子結(jié)構(gòu)(一)”和“子結(jié)構(gòu)(二)”進(jìn)行重疊混合，“子結(jié)構(gòu)(一)”因疊合而發(fā)生的變形會被“子結(jié)構(gòu)(二)”的變形所阻止或壓制，以此對混合建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)力實施主動性的控制和管理。交叉式疊合則是指混合建筑的多親子結(jié)構(gòu)或雙親子結(jié)構(gòu)不在同一個坐標(biāo)方式上，而是以交叉式疊合造型所獨有的受力特點承擔(dān)不同屬性結(jié)構(gòu)應(yīng)力的一種設(shè)計方式。這種設(shè)計方式的主要優(yōu)勢就在于通過更為復(fù)雜的交叉形態(tài)將多層大跨超長混合建筑的結(jié)構(gòu)變成一個更加有機整合的受力整體。

3結(jié)語

多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的流程主要包括了建筑概念、系統(tǒng)優(yōu)化、智能評估和建造，無論哪一設(shè)計流程中都要綜合參考并列、連接和疊合等多種創(chuàng)作手法的適用性和實用性進(jìn)行多層大跨超長混合建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。另一方面，多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更能彰顯建筑物的時代特征，突出顯著優(yōu)勢。因此，多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是現(xiàn)代建筑設(shè)計和審美提高的重要方法之一。

參考文獻(xiàn):

［1］薛素鐸，李雄彥．大跨空間結(jié)構(gòu)協(xié)同工作問題研究現(xiàn)狀及展望［J］．工業(yè)建筑，2015(1):1-9，22．

［2］魏強，倪先光．大跨度體育館鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2014(15):29-35．

［3］李宏勝，孫兆民．廣東科學(xué)中心大跨巨型鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2010(8):6-11．

［4］孔相立，劉學(xué)林．超高層建筑結(jié)構(gòu)施工模擬技術(shù)最新進(jìn)展與實踐［J］．施工技術(shù)，2012(14):1-12，76．

作者：趙宇 單位：山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司