大跨度空间结构工程实例分析-上海科技馆资料

大跨度建筑的混合空间结构案例分析作者：张玥明来源：《砖瓦世界·下半月》2019年第04期摘; ;要：以大跨度建筑的混合空间结构为研究对象，从工程概况、结构体系两个方面分析当代国内案例，重点对大跨度建筑的混合空间结构的特点和组成要素进行分析。

为以后大跨度建筑设计理念和设计手法提供启发与参考，关键词：大跨度建筑;混合空间结构;拱-壳结构;悬索-拱结构一、概述混合空间结构，指的是将刚架结构、桁架结构、拱式结构、薄壁结构、网架结构、悬索结构和薄膜结构等不同形式的结构经过合理组合而形成的空间结构形式。

它充分发挥了各种结构及各种材料的特长，弥补了单一大跨结构受力、材料上的不足，使结构更广泛的适应于多种建筑功能并增大了建筑造型的灵活性。

一般来说，建筑形体轮廓由巨大的刚架、拱、悬索或斜拉结构作为巨型骨架而形成;屋盖造型则由骨架上布置的平板网架、网壳、桁架、悬索或薄膜结构形成。

通常，混合空间结构由刚架、桁架、拱、薄壁、网架、网壳、悬索、薄膜结构的两种或者三种结构单元组成。

在选择不同的组合方式时应满足建筑功能的需要、保持结构受力的均匀合理，充分发挥材料的特性、尽量采用预应力等先进的技术手段，改善结构受力性能、使整体结构刚柔并济，具有良好的整体稳定性、并保证施工简洁，造价合理的原则。

二、案例分析（一）武汉火车站1、工程概况武汉火车站是全国四大铁路网客运中心之一，也是第一个上部大型建筑与下部桥梁共同作用的新型结构火车站，实现了高速铁路，地铁，公路三者的无缝对接。

它的建筑面积为33.2万㎡，建筑高度为59.3m，建筑主体采用了拱-网壳结构。

2、结构体系武汉火车站由中央站房、南侧雨棚、北侧雨棚三部分组成。

武汉火车站中央站房的屋面支承结构由五榀主拱、半拱和斜立柱共同支撑，五榀主拱的基本间距为64.5m，最大主拱跨度甚至可达到116m。

主拱、半拱共同承担着楼面梁的支承任务，由于共用支撑结构，楼面结构与屋面结构有间接的联系;中央站房的屋盖采用网壳覆盖，其中上下弦采用圆管、腹杆两种形式。

建筑构造作业——大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范则规定跨度60m以上结构为大跨度结构。

主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。

在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房。

大跨度建筑在古代罗马已经出现，如公元120到124年建成的罗马万神庙，成圆形平面，穹顶直径达43.5m，用天然混凝土浇筑而成，是罗马穹顶技术的光辉典范。

罗马万神庙虽然大跨度建筑在古代罗马已经出现，但是大跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半叶以后，特别是第二次世界大战后的最近几十年中。

大跨建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能越来越复杂，需要建造高大的建筑空间来满足群众集会、举办大型的文艺体育表演、举办盛大的各种博览会等；另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现，促进了大跨度建筑的进步。

一是需要，二是可能，两者相辅相成，相互促进，缺一不可。

19世纪后半叶以来，钢结构和钢筋混凝土结构在建筑上的广泛应用，使大跨建筑有了很快的发展，特别是近几十年来新品种的钢材和水泥在强度方面有了很大的提高，各种轻质高强材料、新型化学材料、高效能防水材料、高效能绝热材料的出现为建造各种新型的大跨度结构和各种造型新颖的大跨度建筑创造了更有利的物质技术条件。

大跨度建筑常用结构形式；大跨度常用建筑结构根据结构形式，受力构件排列组合不同可分平面平面机构体系和空间结构体系两大类，共有八种。

它们是：平面结构体系有拱、刚架以及桁（héng）架。

空间结构体系有网架、折板（薄壳）、悬索、膜结构以及混合结构。

拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。

由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。

但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。

上海科技城结构设计∙简介：上海科技城是1999 年由上海市政府投资兴建的社会文化项目，曾为APEC 会议主会场，主要用于向社会展示科技成果，普及科技知识，为当年上海市政府重点项目。

现已成为上海市标志性建筑之一。

建筑物由主楼、附楼及下沉广场组成。

本文介绍了其上部结构设计，超长地下室外墙控制裂缝设计，基础设计等内容。

∙关键字：上海科技城，结构设计上海科技城结构设计一、工程概况上海科技城是 1999 年由上海市政府投资兴建的社会文化项目，曾为 APEC 会议主会场，主要用于向社会展示科技成果，普及科技知识，为当年上海市政府重点项目。

现已成为上海市标志性建筑之一。

上海科技馆位于浦东花木行政文化中心区，毗邻世纪公园，与浦东新区行政管理中心遥遥相对。

建筑物有主楼、附楼及下沉广场组成。

主楼建筑面积 88000 平方米，基地面积 68726 平方米，主楼最高四层，由低（ 11 米）向高（ 49 米）呈螺旋上升。

建筑物平面呈半圆环形，最大半径 160 米，最小半径 80 米，外圆弧长 490 米。

二、结构设计由于上海科技馆平面尺寸大、层数及高度变化多、建筑型体复杂。

为满足建筑型体和建筑功能，在结构设计中分别采用了钢筋混凝土框架结构、预应力混凝土结构、钢结构和铝合金结构。

（一）上部结构设计科技馆主楼为半圆环形平面，外圆弧长 490m ，宽近 90m 。

无论长度、宽度均超出我国现行设计规范的限值。

综合建筑设计和建筑物使用功能，结构设计通过设置二条结构缝，将建筑物分成 3 个独立的结构体 --A 区、 B 区、 C 区见（图六、结构分区平面）。

A 区结构体：本分区地上 4 层，地下 1 层，层高 10 m 。

结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构，框架梁为有粘结预应力梁，梁跨度为 18m 。

楼板采用井字梁，井字梁为无粘结预应力梁。

屋面为四角锥平板式钢网架结构。

B 区结构：本分区结构布置为大跨度不规则柱网，有一层及两层楼面处采用钢筋混凝土预应力梁框架结构，中间大空间椭球体为铝合金单层网壳结构，屋面采用大跨度空间钢桁架结构。

大跨度空间结构设计实例探析摘要：本文通过结合某大跨度空间设计实例，对其结构设计进行深入探讨，提出可行的结构设计思路以及可采取的结构设计技巧，为同类工程提供有价值参考。

关键词：结构设计；大跨度结构；空间结构；设计措施Abstract: this paper through the combination of a long-span space design examples, the structure design are discussed, the feasible structure design ideas and can take the structure design of the skills of the similar project to provide valuable reference.Keywords: structure design; Big span structure; Space structure; Measures designed工程概况本项目为剧院的大跨度空间结构，总高23.10m。

建筑结构的安全等级为二级，地基基础等级为乙级，设计使用年限50年，抗震设防类别为丙类。

地上建筑设抗震缝分为两部分，大跨度结构单元抗震等级二级，其余单元抗震等级三级。

地下室（地上建筑投影范围以外）抗震等级三级，地下室（地上建筑投影范围以内）抗震等级同地上建筑。

拟建场地土类型为软弱土，工程的地下室部分没有分开，基础采用钻孔灌注桩。

结构方案本工程上部结构由防震缝分为西侧结构和东侧结构两部分，从地下室整体刚度经过计算分析，地下室的剪切刚度应当大于地上一层剪切刚度的2倍，故将地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。

主体结构地下室顶板-0.050m标高与室外地下室顶板-1.800m标高相差1.75m，采用在相交边缘设加腋支挡的措施保证水平力连续传递，使地下室顶板成为有效嵌固端。

根据规范要求，本工程的结构类型采用现浇钢筋混凝土框架结构体系。

大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析一、概述人类活动对建筑空间提出了新的要求。

人类在满足基本功能需要的同时，也在展示自己聪明才智和改造自然的伟大力量。

在空间上对大跨的追求一直是人类的梦想。

建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。

例如 1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”（Superdome），直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；现在这一地位已被1993年建成直径为222m的日本福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1／3或开启2／3等不同状态。

1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。

70年代以来，由于结构使用织物材料的改进，膜结构或索-膜结构（用索加强的膜结构）获得了发展，美国建造了许多规模很大的气承式索-膜结构；1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，也采用这种结构技术尤为先进，其近似圆形平面的直径为204m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（Geogia Dome，1992年建成）采用新颖的整体张拉式索一膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。

下面我们来分析大跨度结构形式与造型分析二、结构形式与造型分析大跨度建筑通常是指跨度在30米以上的建筑，主要用于民用建筑的影剧院、体育场、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。

在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房。

1.拱结构及其建筑造型拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。

由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。

大跨度建筑幕墙系统设计案例分析——以上海世博会主题馆为例【摘要】大跨度建筑幕墙系统因受荷载、地震作用、安装难度等因素的影响，给设计和施工都带来了挑战。

文章以上海世博会主题馆为例，着重阐述南立面大跨度自承重幕墙的设计，为良好的工程质量取得保障。

【关键词】建筑幕墙；大跨度；荷载、地震作用；设计引言作为建筑围护体系的新型外装饰，玻璃幕墙不仅具备通透、明亮、重量较轻等优点，且便于建筑采光，减少结构自重，因此玻璃幕墙在近几年的深入推广逐渐得到广泛的应用，而采用大跨度玻璃幕墙的目的在于实现建筑分格的扩大化，现多应用于底层或是高档的公寓、写字楼的外装饰中。

本文以上海世博会主题馆为例，就大跨度建筑幕墙系统的设计展开分析。

1 工程难点与重点上海世博会主题馆为中国2010年上海世博会永久保留建筑之一，工程位于上海世博会规划围栏区，建筑高度27.7m。

主题馆东西总长约290m，南北总宽约190m，为亚洲第一大跨度大空间展示建筑。

本工程的一个难点为位于南北立面的大跨度自承重幕墙的设计。

对于大跨度建筑幕墙系统，设计者首先要考虑到幕墙结构系统的稳定性及其精度的保证措施，同时满足幕墙基本的性能要求。

文章将从本工程南北立面的大跨度幕墙系统的设计与性能进行阐述。

2 南北立面大跨度的建筑幕墙系统设计及其性能分析2.1大跨度框架式玻璃幕墙结构设计大跨度框架式玻璃幕墙系统位于本工程南北立面东西侧展厅，此处幕墙分为两层，外层为开放式不锈钢板干挂幕墙，内层为框架式玻璃幕墙。

外层面材采用1.5mm厚304压花不锈钢板。

内层面材采用8mm（透明钢化）+12A+8mm(透明钢化)Low-E中空彩釉玻璃,幕墙横向龙骨跨度达6米，玻璃幕墙在4.5m以下为隐框形式，4.5m以上为明框形式。

明框幕墙分格主要为3米宽，2米高，（室外效果图）如图1-a、（室内效果图）1-b所示。

幕墙支撑龙骨设计为铝合金型材，横向龙骨通过12mm厚钢板和不锈钢螺栓与主体H型钢龙骨（非幕墙范围）连接，在转接钢板上设置长条孔，以吸收因荷载和温度变化作用引起的横梁变形。

大跨度结构分析1大跨度结构分析摘要：现阶段，随着社会生活和科技的发展需要，人们需要更大的覆盖空间，而其他结构形式受到跨度的限制，工程师们倾向于选择大跨度结构，于是大跨度空间结构得到了快速的发展。

大跨度结构花样百出，但是最基本的结构形式有桁架结构、拱结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构等。

关键词：大跨度结构、建筑、应用横向跨越30米以上空间的各类结构形式的建筑。

大跨度结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。

古代罗马已有大跨度拱顶见古罗马建筑。

近代大跨度结构建筑至19世纪末已有较大成就。

如1889年巴黎世界博览会的机械馆,是用三铰拱式的钢结构,跨度达115米。

20世纪初,金属材料的进步和钢筋混凝土技术的发展促使大跨度建筑出现很多新的结构形式。

如19121913年在波兰布雷斯劳建成的百年大厅采用钢筋混凝土穹窿顶,直径达65米,覆盖面积5300平方米。

第二次世界大战后大跨度建筑又有新的发展以欧洲国家、美国和墨西哥发展最快。

这个时期的大跨度建筑广泛地应用各种高强轻质材料如合金钢、特种玻璃和化学合成材料减轻了大跨度结构的自重使新颖的空间结构不断出现覆盖面积日益扩大。

结构类型有桁架结构、拱结构、网架结构、薄壳结构、网壳结构等。

1.桁架结构桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰连接而成的结构。

桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。

由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。

桁架结构中各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。

由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。

结构布置灵活，应用范围非常广。

桁架梁和实腹梁相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。

大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范则规定跨度60m以上结构为大跨度结构。

主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。

在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房。

大跨度建筑在古代罗马已经出现，如公元120到124年建成的罗马万神庙，成圆形平面，穹顶直径达43.5m，用天然混凝土浇筑而成，是罗马穹顶技术的光辉典范。

罗马万神庙大跨建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能越来越复杂，需要建造高大的建筑空间来满足群众集会、举办大型的文艺体育表演、举办盛大的各种博览会等；另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现，促进了大跨度建筑的进步。

一是需要，二是可能，两者相辅相成，相互促进，缺一不可。

19世纪后半叶以来，钢结构和钢筋混凝土结构在建筑上的广泛应用，使大跨建筑有了很快的发展，特别是近几十年来新品种的钢材和水泥在强度方面有了很大的提高，各种轻质高强材料、新型化学材料、高效能防水材料、高效能绝热材料的出现为建造各种新型的大跨度结构和各种造型新颖的大跨度建筑创造了更有利的物质技术条件。

一．大跨度建筑常见结构形式大跨度建筑常用结构形式；大跨度常用建筑结构根据结构形式，受力构件排列组合不同可分平面平面机构体系和空间结构体系两大类，共有八种。

它们是：平面结构体系有拱、刚架以及桁（héng）架。

空间结构体系有网架、折板（薄壳）、悬索、膜结构以及混合结构。

1、拱结构拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。

由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。

但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。

常见方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。

通过这一个学期建筑结构选型将建筑结构分类如下:●平面结构梁柱结构(框架结构桁架结构单层钢架结构拱式结构●空间结构薄壁空间结构网架结构网壳结构网格结构悬索结构薄膜结构●高层建筑结构●平面结构平面屋盖结构空间跨度相比较小,节点、支座形式较简单。

2008年奥运会摔跤比赛馆总建筑面积约23950平方米,比赛馆平面是一个82.4*94米平面,屋面是反对称的折面,采用巨型门式钢钢架结构,将建筑塑造为富有韵律感的造型,如图所示。

三维整体模型工程屋盖由12榀空间门式钢钢架组成,跨度82.4米,中心距8,0米,钢刚架为四肢组合的格构式结构。

构件间的连接节点均为相贯节点,钢架柱(钢管连接于看台部分的钢筋混凝土柱,屋盖结构外形简洁、流畅,节点形式简单,刚度大,几何特性好。

单榀空间门式钢刚架单榀空间门式钢刚架(有连系杆单榀空间门式钢刚架(有连系杆刚架柱支座●空间结构●网格结构✧网架结构一:2008奥运会国家体育馆国家体育馆位于北京奥林匹克公园中心区,建筑面积80 476m2 ,固定座席118 万座,活动座2 000座,用于举办2008 年奥运会的体操、手球比赛,赛后用于举办体育比赛和文艺演出。

虽然体育馆在功能上划分为比赛馆和热身馆两部分,但屋盖结构在两个区域连成整体,即采用正交正放的空间网架结构连续跨越比赛馆和热身馆两个区域,形成一个连续跨结构。

空间网架结构在南北方向的网格尺寸为815m,东西方向的网格有两种尺寸,其中中间(轴a和○K之间的网格尺寸为1210m,其他轴的网格尺寸为815m。

按照建筑造型要求,网架结构厚度在11518~31973m之间。

不包括悬挑结构在内,比赛馆的平面尺寸为114m ×144m,跨度较大,为减小结构用钢量,增加结构刚度,充分发挥结构的空间受力性能,在空间网架结构的下部还布置了双向正交正放的钢索,钢索通过钢桅杆与其上部的网架结构相连,形成双向张弦空间网格结构。

其中最长桅杆的长度为91237m,钢索形状根据桅杆高度通过圆弧拟合确定。

大跨度钢结构典型工程案例一、北京“鸟巢”（国家体育场）这鸟巢可真是个超酷的大跨度钢结构建筑。

你想啊，它的造型就像个巨大的鸟巢，那些错综复杂的钢结构杆件就像是编织鸟巢的树枝一样。

从远处看，那独特的外形就特别吸引人眼球。

它的大跨度结构可不是闹着玩的。

这么大的空间要能容纳那么多观众看比赛啥的。

在建造的时候，那些钢结构的搭建就像搭巨型积木一样，但难度可大多了。

每一根杆件的位置、角度都得精确无比，就好比要让一群调皮的小朋友乖乖站好队，而且不能有丝毫差错。

这个建筑可不仅仅是为了好看，还得能承受各种风雨、地震等自然灾害的考验呢。

二、广州国际会展中心。

这会展中心啊，也是大跨度钢结构的厉害角色。

它的大跨度就像是为了张开双臂欢迎来自世界各地的参展商和游客。

走进里面，那宽敞的空间就像一个超级大的广场，但是又有屋顶遮着，多亏了钢结构的大跨度，才能让这么大的空间没有一根大柱子在中间捣乱。

在建造的时候，就像是给一个超级巨人定制衣服，要把钢结构这个“衣服”做得恰到好处。

这个建筑对于广州的意义可大了，各种大型的展览、贸易活动都在这儿举行，就因为它有这么大的空间，全靠大跨度钢结构撑着呢。

三、埃菲尔铁塔（也算广义的大跨度钢结构啦）虽然埃菲尔铁塔不完全是传统意义上的大跨度建筑，但它的钢结构也非常值得一说。

这个铁塔就像一个钢铁巨人一样矗立在巴黎。

它刚建成的时候，很多人都觉得它奇奇怪怪的，但是现在它可是巴黎的标志性建筑。

它的钢结构就像一个精密的骨架一样，支撑着整个铁塔的重量。

从下往上看，那些钢铁结构一层一层的，像是给天空搭了一个通往云端的梯子。

这么高的铁塔，在一百多年前能建成，靠的就是当时先进的钢结构技术。

而且它能经受住这么多年的风吹雨打、日晒雨淋，可见钢结构的质量那是杠杠的。

四、悉尼歌剧院。

悉尼歌剧院那独特的白色“风帆”造型，可是闻名世界的。

这些像风帆一样的屋顶就是大跨度钢结构的杰作。

想象一下，要把这些巨大的“风帆”架起来，可不是简单的事儿。