四種空間結構類型的比較
時間:2015-06-04 00:32:15
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一，網(wǎng)格結構
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)格結構空間剛度大，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)格結構具有多向受力性能和內(nèi)力重分布的特點，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)格結構桿件和節(jié)點比較單一，便于制作，安裝也較方便。此種結構主要采用鋼材，結構自重輕。具有用鋼量節(jié)省的優(yōu)點。
二，膜結構
膜結構(Membrane)是20世紀中期發(fā)展起來的一種新型建筑結構形式，膜結構車棚是由多種高強薄膜材料及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預張應力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結構，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。
膜結構是建筑結構中最新發(fā)展起來的一種形式，自從1970年代以來， 膜結構在國外已逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中。
膜結構是由多種高強薄膜材料及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預張應力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結構，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類。充氣膜結構是靠室內(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。張拉膜結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型。
膜結構的設計主要包括體形設計、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，確定各控制點的坐標、結構形式，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應力來提高，對膜結構而言，任何時候不存在無應力狀態(tài)，因此膜曲面形狀最終必須滿足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學平衡，并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。膜結構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。膜結構考慮的荷載一般是風載和雪載。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，因此要精確計算結構的變形和應力要用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預張力。在外荷載作用下膜中一個方向應力增加而另一個方向應力減少，這就要求施加初始張應力的程度要滿足在最不利荷載作用下應力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。因為膜材料比較輕柔，自振頻率很低，在風荷載作用下極易產(chǎn)生風振，導致膜材料破壞，如果初始預應力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強度儲備少，對受力構件強度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預應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構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，是整個膜結構工程中最關鍵的一個問題，這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。
三，索結構
由柔性受拉索及其邊緣構件所形成的承重結構。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。懸索結構能充分利用高強材料的抗拉性能，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用懸索結構的國家之一，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。近代的懸索結構，除用于大跨度橋梁工程外，還在體育館、飛機庫、展覽館、倉庫等大跨度屋蓋結構中應用。
四，拱殼結構
拱殼結構屬于大跨度空間結構，其外形尺寸的準確與否對結構受力性能大有關系，因此，在施工中不僅要保持準確的外形，同時，對混凝土的均勻性、密實性、整體性都較普通結構要求高。
澆筑殼體結構時，為了不減低周邊殼體的抗彎能力和經(jīng)濟效果，其厚度一定要準確，在澆筑混凝土時應嚴加控制。控制其厚度可采取如下措施：
（1）選擇混凝土坍落度時，按機械振搗條件進行試驗，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)，以保證混凝土的設計厚度。
