二、 椼架结构与网架结构
椼架也是一种大跨度结构。在古代,虽然也有用木材做成各种形式的构架作为屋顶结构的,但是符合力学原理的新型椼架的出现却是现代的事。椼架结构虽然可以跨越较大的空间,但是由于它自身具有一定的高度,而且上弦一般又呈两坡后曲线的形式,所以只适合担当作屋顶结构。
网架结构也是一种新型大跨度空间结构。它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大幅度地减轻结构自重和节省材料等优点。网架结构可以用木材、钢筋混凝土或钢材来做,并且具有多种多样的形式,使用灵活方便,可适应于多种形式的建筑平面的要求。近来国内外许多大跨度公共建筑或工业建筑均普遍地采用这种新型的大跨度空间结构来覆盖巨大的空间。
网架结构可分为单层平面网架、单层曲面网架、单层平板网架和双层穹隆网架等多种形式。但层平面网架多由两组互相正交的正方形网格组成,可以正方,也可以斜放。这种网架比较适合于正方形或接近于正方形的巨型平面建筑。如果把单层平面网架改变为曲面-------拱或穹隆网架,或可以进一步提高结构的刚度并减小构件所承受的弯曲力。从而增大结构的跨度。
网架结构象框架结构一样,承重系统与非承重系统有明确的分工,即支承建筑空间的骨架是承重系统,而分割室内外空间的围护结构和轻质隔断,是不承受荷载的。在网架结构体系下,室内空间常依照功能要求进行分隔,可以使封闭的,也可以是半封闭或开敞的。
当今,空间平板网架结构在我国已有较大发展,而由于网架结构多采用金属管材制造,能承受较大的纵向弯曲力,与一般钢结构相比,可节约大量钢材和降低施工费用(根据有关资料统计,节约钢材约35%,降低施工费用约25%,甚至在某些情况下,耗钢量接近于普通钢筋混凝土梁中的钢筋数量)。因此,空间网架的结构形式,用于大跨度建筑具有很大的经济意义。另外,由于空间平板网架具有很大的刚度,所以结构高度不大,这对于大跨度空间造型的创作,具有无比的优越性。
三、 壳体结构
一般而言,用轻质高强材料做成的结构,若按强度计算,其剖面尺寸可以大大地减小,但是这种结构在荷载的作用下,却容易因变形而失去稳定并最后导致破坏。而壳体结构正是由于合理的外形,不仅内部应力分配既合理又均匀,同时又可以保持极好的稳定性,所以壳体结构尽管厚度极小却可以覆盖很大的空间。
壳体结构的刚度,取决于它的合理形状,而不像其他结构形式需要加大结构断面,所以材料消耗量低;其静载也不像其他结构形式那样随跨度增大而加大,所以其厚度可以做得很薄;该结构的承重和无盖合而为一,使其更加经济有效,且在建筑空间利用上越加充分。
壳体结构按其受力情况不同可以分为折板、单曲面壳和双曲面壳等多种类型。在实际应用中,壳
体结构的形式更是丰富多彩的。例如悉尼歌剧院,其外观为三组巨大的壳片,耸立在一南北长186米、东西最宽处为 97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。而壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用;既可以用来覆盖大面积空间,又可以用来覆盖中等面积的空间;既适合方形、矩形平面要求,又可以适应圆形平面、三角形平面,及至其他特殊形状平面的要求。因为壳体结构属于高效能空间薄壁结构范畴,可以适应于力学要求的各种曲线形状,所以其承受弯曲及扭转的能力远比平面结构系统大。另外,因结构受力均匀,因而可充分发挥材料的材耗,所以壳体结构体系非常适用于大跨度的各类建筑。