大跨度空間結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計

大跨度空間結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計概述綜

述設(shè)

計體系分類分析與設(shè)計全面認(rèn)識大跨度鋼結(jié)構(gòu)體育場體育館大懸挑大跨度力流轉(zhuǎn)化手段建筑效果圖實物結(jié)構(gòu)圖紙分析與設(shè)計方法施工配合吊裝施

工結(jié)構(gòu)圖紙大跨度空間結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計時間課程內(nèi)容授課目的授課角度包括發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)體系分類與選型、結(jié)構(gòu)分析方法與設(shè)計手段等。了解大跨度屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的特點；掌握結(jié)構(gòu)體系的分類與選型要點；了解設(shè)計流程和分析方法。對全面的了解，更多從結(jié)構(gòu)形式和分類的角度進行講授。第一講（2小時）中場休息10分鐘8月7日大量工程案例的歸納總結(jié)，并提煉力學(xué)原型，更多從結(jié)掌握結(jié)構(gòu)形式與力流傳遞的關(guān)系。

構(gòu)概念和感性認(rèn)識的角度進體育場挑蓬鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與工程實踐了解力流轉(zhuǎn)化的途徑和方法；第二講（1小時）行講授。問答環(huán)節(jié)20分鐘掌握典型大跨度結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程

從建筑效果圖到結(jié)構(gòu)圖紙的典型大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計（主題館、紹興、常熟）和各階段的分析設(shè)計要求；了解這類特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計思維和

和分析方法的理性角度進行工種配合特點。

講授。中場休息10分鐘實現(xiàn)過程，更多從設(shè)計流程第三講（2小時）8月14日了解出圖之后的后續(xù)配合工作，

從結(jié)構(gòu)圖紙到結(jié)構(gòu)實物的實如深化設(shè)計配合、施工吊裝、施工

現(xiàn)過程，更多從設(shè)計對施工第四講（1小時）施工配合系列張拉、焊接質(zhì)量控制等。的配合的實踐角度進行講授。問答環(huán)節(jié)20分鐘大跨度空間結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計1

大空間建筑概述結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思分析方法與分析手段23大跨度空間結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計1

大空間建筑概述2結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思3

分析方法與分析手段1.

大空間建筑概述1.1

大空間建筑發(fā)展歷程大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域1.21.

大空間建筑概述1.1

大空間建筑發(fā)展歷程古代空間結(jié)構(gòu)磚石材料革新建筑材料經(jīng)歷了從磚石，到混凝土、鋼材和膜材，最終推進到拉索、碳纖維等高強材料的演變過程。磚石近代空間結(jié)構(gòu)混凝土、鋼材膜材混凝土鋼材膜材現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)高強材料拉索碳纖維1.

大空間建筑概述1.1

大空間建筑發(fā)展歷程技術(shù)革命分析手段施工技術(shù)屋蓋滑移現(xiàn)場CADSAP吊裝BIMANSYS張拉膜材索穹頂施工張拉1.

大空間建筑概述1.1

大空間建筑發(fā)展歷程建筑結(jié)構(gòu)的歷史，也是材料革新和技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展進步的歷史。材料革新空間結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新1.

大空間建筑概述1.1

大空間建筑發(fā)展歷程空間結(jié)構(gòu)年代劃分圖古代空間結(jié)構(gòu)近代空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)192519751.

大空間建筑概述1.1

大空間建筑發(fā)展歷程充氣膜結(jié)構(gòu)索膜結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)拱架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)張弦梁結(jié)構(gòu)索穹頂結(jié)構(gòu)弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)斜拉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)樹狀結(jié)構(gòu)拱券式穹頂多面體空間剛架結(jié)構(gòu)古代空間結(jié)構(gòu)

近代空間結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)羅馬萬神廟羅馬奧運會小體育館

大阪世博會美國館上海萬人體育館瑞雷比賽館塞金納伯特拱橋水晶大教堂法赫德國王國際體育場上海浦東國際機場T1、T2航站樓佐治亞穹頂光丘穹頂杭州黃龍體育中心體育場水立方1.1

大空間建筑發(fā)展歷程古代空間結(jié)構(gòu)羅馬競技場意大利公元78年以厚實的磚石墻、半圓形拱券、逐層挑出的門框裝飾和交叉拱頂結(jié)構(gòu)為主要特點。平面近似呈橢圓形，長軸長約188m，短軸長約156m。羅馬萬神廟意大利公元128年穹頂直徑43.2m。設(shè)計中，將作為模板的磚砌成環(huán)狀，在其空隙中澆筑混凝土。采用寬達9m的梯狀扶壁抵抗穹頂水平推力。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程古代空間結(jié)構(gòu)圣索菲亞教堂土耳其公元537年由石材與磚砌筑而成，石拱直徑31m。兩對巨大的扶壁和連續(xù)的半圓形穹隆在空間上成功解決了中央大穹頂?shù)乃酵屏栴}。圣母百花大教堂

意大利1436年八角形尖頂穹頂直徑42m，其外側(cè)主要對抗嚴(yán)酷的氣候條件，內(nèi)側(cè)起到展示莊嚴(yán)內(nèi)部空間的作用。建造過程中，地面不設(shè)腳手架，采用磚模工藝。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程古代空間結(jié)構(gòu)圣彼得大教堂意大利1589年穹頂直徑42m，離地120m。由磚石砌成的砌體結(jié)構(gòu)，利用平面圓形的優(yōu)勢，減小了內(nèi)殼的厚度，取消了環(huán)拱，減小了縱肋。無梁殿南京1381年整座建筑采用磚砌拱券結(jié)構(gòu)，由于不設(shè)木梁，不用寸釘片木，故又稱“無梁殿”。無梁殿東西向并列3個拱券，中間的拱券跨度11.5m，凈高14m。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程近代空間結(jié)構(gòu)羅馬奧運會小體育館

意大利

1957年屋頂最高處21m，穹頂直徑52m，采用鋼筋混凝土薄殼結(jié)構(gòu)。薄殼由沿圓周布置的36根Y形混凝土斜柱支承，斜柱的側(cè)推力由地下的預(yù)應(yīng)力基礎(chǔ)受拉環(huán)梁平衡。阿特蘭教堂烏拉圭1960年曲面墻和殼體屋頂在同一個水平面交接，墻壁和屋頂都呈波浪起伏狀，最大跨度60m。整個建筑依靠其幾何形狀而不是材料的構(gòu)造厚度來獲得足夠剛度。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程近代空間結(jié)構(gòu)曼海姆聯(lián)邦園藝展覽會主場館德國1975年開創(chuàng)了方形網(wǎng)格薄殼的先河。建筑內(nèi)部沒有柱和梁，而是將木條“編織”成的連續(xù)網(wǎng)殼罩在基底上，最大跨度60m。采用雙層構(gòu)造的方法增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。上海萬人體育館

上海1975年圓形平面的三向網(wǎng)架，屋頂網(wǎng)架跨度直徑110m，厚6m，采用圓鋼管構(gòu)件和焊接空心球節(jié)點。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程近代空間結(jié)構(gòu)瑞雷比賽館美國1952年落地交叉拱支撐雙曲預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。建筑周邊為間距2.4m的鋼柱，由鋼筋混凝土曲梁將支柱聯(lián)系起來。建筑平面近似呈橢圓形，長軸97m，短軸92m。慕尼黑奧林匹克體育場

德國

1972年屋面采用索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，8根主桅桿懸吊的索網(wǎng)屋面只覆蓋體育場的一側(cè)。屋面每個局部都呈馬鞍形曲面，上覆亞克力板，內(nèi)部光線充足且柔和。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)佛山世紀(jì)蓮體育場佛山2007年佛山世紀(jì)蓮采用交錯式索桁架結(jié)構(gòu)，外環(huán)直徑310m，內(nèi)環(huán)直徑125m。其索桁架系統(tǒng)由脊索、谷索、中間徑向索、內(nèi)環(huán)索、懸掛索、膜面支撐索與分叉索構(gòu)成，體育場外緣設(shè)置高差20m的上下壓環(huán)。上下徑向索通過剛性撐桿撐開，布置于內(nèi)拉環(huán)與上下外壓環(huán)之間，構(gòu)成屋面主體結(jié)構(gòu)。東京體育場日本

1988年日本第一個依靠空氣壓力支撐的穹頂，建筑平面為方形帶圓抹角，邊長180.6m。采用室內(nèi)超壓膜結(jié)構(gòu)，屋頂（包括鋼索）在內(nèi)，平均重量0.142kN/m2。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)韓國奧運會體操館韓國1988年直徑120m，主體結(jié)構(gòu)為下部支承結(jié)構(gòu)和索穹窿。屋蓋結(jié)構(gòu)的突出特點是沒有形成三角形網(wǎng)格，而是經(jīng)緯分格的肋環(huán)形布置。美國佐治亞穹頂美國1996年平面尺寸為240m×192m，采用三角形分割的索穹頂。在幾何上更容易構(gòu)造出橢圓形的平面。在結(jié)構(gòu)受力上，冗余度高，穩(wěn)定性好。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)上海浦東機場T1航站樓

上海

1999年采用張弦梁結(jié)構(gòu)。張弦梁上弦為圓弧形，下弦為折線形，腹桿平行布置。腹桿上端以銷軸與上弦相連，下端通過特殊設(shè)計的索球與鋼索相連。上海浦東機場T2航站樓

上海

2008年波浪形鋼屋蓋，平面尺寸414m×217m，采用Y形斜柱支承的多跨連續(xù)張弦梁。上弦為五跨連續(xù)的變截面箱梁，下弦為單根屈服剛度550MPa的鋼棒。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程發(fā)展趨勢探索建筑材料的革新綠色建筑的崛起屋面立面一體化結(jié)構(gòu)形式雜交化結(jié)構(gòu)布置單層化結(jié)構(gòu)構(gòu)件巨型化1.1

大空間建筑發(fā)展歷程發(fā)展趨勢探索——建筑材料的革新上海世博會越南館上海2010年采用竹子作為主要材料。將竹子用于拱形結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出波浪感的表皮形態(tài)。垂直的竹柱創(chuàng)造出一個線性的空間，讓人感到仿佛置身于竹林一般。上海世博會英國館上海2010年由亞克力管組成的展館。白天，亞克力管像光線的導(dǎo)管一樣，將陽光引入場館內(nèi)部；夜晚，亞克力管一側(cè)的LED燈使場館亮起來，構(gòu)成一幅流動的畫面。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程發(fā)展趨勢探索——綠色建筑的崛起上海自然博物館上海

在建是國內(nèi)三大自然博物館之一，為綠色建筑三星級設(shè)計標(biāo)識。采用綠化屋頂外墻、地源熱泵、雨水回收、太陽能回收的配套功能。同濟設(shè)計院辦公樓上海

2011年以建筑改造替代建筑重建，既避免了拆除原有建筑導(dǎo)致的混凝土處理，又減少了新建建筑材料。采用太陽能光伏發(fā)電板，每年減少CO2排放量566t。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程發(fā)展趨勢探索——屋面立面一體化東方跳水池上海

2011年建筑造型為月牙形。為配合該建筑造型，結(jié)構(gòu)方面中采用18榀形狀相似的懸臂鋼桁架，沿斜置的橢圓環(huán)排列，彼此通過橫向桿件及拉索連接成穩(wěn)定的整體。濟南奧體中心體育場濟南

2009年運用柳葉作為母題，輕柔飄逸，大自然中單片柳葉的兩個折面與葉脊的結(jié)構(gòu)形態(tài)啟發(fā)了外部維護單元與屋面罩棚所形成的連續(xù)空間折板體系。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程發(fā)展趨勢探索——結(jié)構(gòu)形式雜交化倫敦碗英國

2012年屋蓋挑篷采用A形柱支承外壓縮環(huán)桁架，內(nèi)張力環(huán)采用索，其間輻射布置雙層徑向索形成索網(wǎng)，屋面覆蓋PVC膜材。A形柱立在內(nèi)拉力環(huán)索上，設(shè)后穩(wěn)定索和環(huán)向穩(wěn)定索。華沙國家體育場波蘭2011年屋蓋呈橢圓形，長軸長314m，短軸長280m，屋蓋懸挑長度85m。屋蓋采用輪輻式索桁架結(jié)構(gòu)，上覆膜材。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程發(fā)展趨勢探索——結(jié)構(gòu)布置單層化上海世博會世博軸

上海

2010年在全長1045m、寬約100m的世博軸上，13根大型桅桿、數(shù)十根斜拉索和巨大的幕布巧妙組成了中國第一、世界罕見的索膜結(jié)構(gòu)建筑。深圳大運會中心體育場

上海

2003年為了與周邊綿延起伏的山地景觀相呼應(yīng)，體育場采用單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，體育場整體由20個形狀相似的單層結(jié)構(gòu)單元通過空間作用聯(lián)系在一起。1.1

大空間建筑發(fā)展歷程發(fā)展趨勢探索——結(jié)構(gòu)構(gòu)件巨型化東勝體育場鄂爾多斯

2011年東勝體育場采用巨拱斜拉桁架體系，設(shè)計了一個跨度330m，高度129m的巨拱，通過23組斜拉索，拉住桁架屋面。巨拱采用四管桁架結(jié)構(gòu)，形似草原弓箭，是此體育場的最大亮點。韓國濟州體育場韓國2001年挑篷采用巨型獨立桅桿式斜拉結(jié)構(gòu)。6根梭形巨型桅桿柱沿場邊周圈布置，并向后傾斜，每根桅桿設(shè)置成組的拉索斜拉屋面，并設(shè)置兩根平衡索，直接錨固于地面。1.

大空間建筑概述1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域火車站站房會展中心體育場體育館火車站雨棚機場航站樓游泳館大劇院博物館美術(shù)館客運中心自行車館體育建筑交通建筑文化建筑1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域體育建筑1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域體育建筑國家體育場“鳥巢”

北京

2008年平面投影成馬鞍形，長軸方向最大尺寸332.3m，短軸方向最大尺寸296.4m。采用交叉平面桁架體系，主桁架圍繞屋蓋中部的洞口呈放射形布置。南通奧體中心體育場南通2006年我國第一個采用巨型活動開啟式屋蓋的體育場，東西向最大跨度278m。固定屋蓋采用拱支單層網(wǎng)殼，活動屋蓋采用周邊加強的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域體育建筑南京奧體中心體育場

南京2004年平面為直徑242m的圓，屋蓋結(jié)構(gòu)體系是由與水平面成45°傾斜、跨度372.4m的三角形變斷面鋼桁架拱和馬鞍形罩棚結(jié)構(gòu)組成。蔚山體育場韓國2002年平面投影呈切角四邊形，桅桿后傾，平衡索不落地，而是通過撐桿轉(zhuǎn)換力流連接于看臺大柱后側(cè)；在屋蓋較低部分設(shè)抗風(fēng)索，保證屋蓋鋼結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域體育建筑北京大學(xué)體育館北京2007年水平投影為93.2m×72m的矩形。屋蓋結(jié)構(gòu)采用“柔性”拉索與“剛性”空間桁架通過撐桿連接而成的預(yù)應(yīng)力張拉空間桁架殼體。濟南奧體中心體育館濟南2009年南北向長約220m，東西寬約168m。體育館屋蓋采用弦支穹頂結(jié)構(gòu)。弦支穹頂由上部凱威特型和葵花型混合布置的單層網(wǎng)殼及下部肋環(huán)型布置的索桿張拉體系組成。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域體育建筑濟寧文體中心游泳館

濟寧2012年屋蓋主體呈現(xiàn)連續(xù)折板形態(tài)，以縱向中軸對稱，采用張弦梁結(jié)構(gòu)體系。屋蓋縱向長度195m，橫向最大寬度102m。側(cè)部六邊形蜂窩立面下包至室外地面，與屋蓋主結(jié)構(gòu)連成整體。常熟體育館常熟2012年常熟市體育館建筑造型呈海螺狀，體育館由比賽館、訓(xùn)練館和周圍幕墻主框架三部分組成。比賽館屋蓋呈切角扁平球殼，采用弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系。訓(xùn)練館呈外端落地的空間異形殼面形態(tài)，采用平面桁架結(jié)構(gòu)體系。比賽館和訓(xùn)練館殼面相切，在分縫部位平滑過渡。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域交通建筑1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域交通建筑廣州南站站房廣州2010年站房屋蓋東西向長468.8m，南北寬220m。屋蓋短跨方向采用三角形鋼桁架作為主梁，長跨方向采用索拱體系，中央采光帶采用拉索加勁的單層筒殼體系。大連北站站房大連2012年屋蓋主結(jié)構(gòu)為正三角形立體空間桁架體系。對每榀主桁架利用3根平行高強拉索進行張拉，下部設(shè)置2對V形撐桿，解決了撐桿平面外穩(wěn)定問題。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域交通建筑蘭州西站站房蘭州在建站房屋蓋呈“幾”字形，矢高10.65m，橫軌方向長380m，順軌方向?qū)?36m。采用“鋼管混凝土柱+管桁架+實腹鋼梁”結(jié)構(gòu)體系。福州南站雨棚福州2010年雨棚呈三跨連續(xù)拱狀，拱矢高3.5m。雨棚平面投影順軌方向長450m，垂直軌道方向長163m，采用柱頂分叉斜撐支承的三跨連續(xù)張弦梁結(jié)構(gòu)體系。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域交通建筑深圳北站雨棚深圳2011年單側(cè)長273m，寬132m。整個雨棚是由14m×21.5m網(wǎng)格構(gòu)成的雙向連續(xù)多跨空間結(jié)構(gòu)。每個基本網(wǎng)格單元均采用四邊形環(huán)索弦支空間結(jié)構(gòu)體系。珠海站雨棚珠海2012年雨棚平面投影東西方向長567m。采用箱型拱梁+人字柱+拉索的結(jié)構(gòu)體系。通過索的預(yù)應(yīng)力，有效減小了跨中正彎矩，提高了結(jié)構(gòu)豎向剛度。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域交通建筑首都機場T3航站樓北京2007年南北方向長約955m，東西方向?qū)捈s773m。采用變厚度雙曲面三角錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系，在網(wǎng)殼邊界設(shè)置空間桁架。整個屋蓋由136根梭形鋼管柱支承。昆明長水機場航站樓昆明2012年長水機場的代表性結(jié)構(gòu)為航站樓中央大廳的7條形似彩帶的鋼箱梁，寓意“七彩云南”。這七條彩帶狀的鋼箱梁連同188根錐形鋼管柱、738根幕墻柱及12根T型柱組成了昆明長水國際機場航站樓主體鋼結(jié)構(gòu)工程，共同支承屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域文化建筑1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域文化建筑上海世博會主題館上海2009年東西向總長300m，南北總寬200m。屋蓋結(jié)構(gòu)為跨度達270m的四跨連續(xù)張弦桁架結(jié)構(gòu)。建筑挑檐外挑18.9m，設(shè)置人字形立柱作為挑檐的支承結(jié)構(gòu)。紹興山水館紹興

在建水館長度為228m，橫向最大寬度為137m，采用鋼桁架弦支穹頂組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。山館上方橢圓長軸80m，短軸50m，下方橢圓長軸160m，短軸最寬處110m，采用鋼桁架疊合穹頂組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域文化建筑三亞美麗之冠文化會

三亞展中心2003年平面類似橢圓形，長軸直徑106m，短軸直徑92m，采用骨架式索膜結(jié)構(gòu)。該索膜結(jié)構(gòu)可分為三部分：懸索膜結(jié)構(gòu)、皇冠膜結(jié)構(gòu)和懸垂膜結(jié)構(gòu)。國家大劇院北京

2007年橢圓形殼體，東西方向長軸212.20m，南北方向短軸143.64m。采用空腹網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系，殼體由設(shè)置在地面以下的鋼筋混凝土環(huán)梁支撐。1.2

大空間建筑應(yīng)用領(lǐng)域文化建筑首都博物館新館北京

2005年屋蓋東西方向長168m,南北方向長89m，采用鋼桁架+局部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。屋蓋的四角為雙向懸挑結(jié)構(gòu)，最大懸挑長度21m，懸挑部分采用平面圓管桁架。廣州歌劇院廣州2010年歌劇院平面投影長135.9m，寬128.5m；多功能劇院平面投影長度和寬度分別為88m和62m。采用空間折板式三向斜交單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。大跨度空間結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計1

大空間建筑概述結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思分析方法與分析手段232.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.12.22.3建筑造型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思大跨度空間結(jié)構(gòu)體系分類大跨度空間結(jié)構(gòu)常用體系概述2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.1建筑造型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思作為一種視覺符號，結(jié)構(gòu)造型是建筑識別的重要因素。造型與形式不同，它更容易塑造藝術(shù)內(nèi)涵，引發(fā)想象。建筑設(shè)計要通過結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)形式和材料的應(yīng)用對于建筑空間、體量和造型起著決定性作用。結(jié)構(gòu)既能完全隱藏于建筑形態(tài)之內(nèi)，亦能變成建筑形態(tài)本身，體現(xiàn)自身力與美的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)體系選型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思需要建筑師與結(jié)構(gòu)工程師的良好溝通，一個好的建筑作品，是建筑藝術(shù)和結(jié)構(gòu)藝術(shù)的融合體。構(gòu)思伊始，體系選型與結(jié)構(gòu)布置一定是符合建筑的性質(zhì)的。然而，過去建筑師往往只考慮建筑的最終態(tài)，把結(jié)構(gòu)的體系選型與分析設(shè)計工作完全交給結(jié)構(gòu)工程師，造成結(jié)構(gòu)形式與建筑表達之間的落差或矛盾，甚至出現(xiàn)過分放大結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)效果致使美感喪失。隨著時代的發(fā)展，建筑師逐步意識到結(jié)構(gòu)本身的客觀存在是不隨建筑表象而改變的，所以衍生出一大批融入了結(jié)構(gòu)美的建筑作品，或明或隱的展現(xiàn)結(jié)構(gòu)之美，為結(jié)構(gòu)體系選型提供了一個良好契機，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)思變得開放化和多元化。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.1建筑造型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思——經(jīng)典案例解讀上海世博會世博軸上海2010年世博軸是一個超大尺度的商業(yè)交通綜合體，功能的復(fù)雜性與形象上的標(biāo)志性訴求都給設(shè)計與建造帶來挑戰(zhàn)。世博軸是擁有巨大的索膜結(jié)構(gòu)、陽光谷以及超大型節(jié)能系統(tǒng)的巨構(gòu)建筑，設(shè)計時堅持將“人、自然、技術(shù)”和諧相處的理念滲透其中。陽光谷為斗形單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)，上表面覆蓋玻璃幕墻，整體通透；索膜結(jié)構(gòu)屋頂采用多單元連續(xù)結(jié)構(gòu)，由索桅分隔支承的三角倒錐形膜單元構(gòu)成國際上最大的膜結(jié)構(gòu)。上海浦東機場T2航站樓上海2008年上海浦東機場T2航站樓以連續(xù)大跨度的曲線鋼屋架為主要造型元素，構(gòu)成了T2航站樓的建筑主旋律。暴露結(jié)構(gòu)體系，舍棄繁復(fù)裝飾，體現(xiàn)樸素典雅的審美情趣，通過精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的比例、尺度和細節(jié)，使之成為可以與使用者對話的重要建筑語匯。航站樓主體高度13.600m以上的大空間采用18m開間樹狀鋼立柱，連續(xù)梁在波谷處閉合，波峰處張開，波峰段仍采用剛?cè)峤Y(jié)合的張弦體系，波谷段采用剛性的箱型實腹梁，開合有致。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.1建筑造型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思——經(jīng)典案例解讀國家大劇院北京2007年國家大劇院以其獨特的構(gòu)思、非凡的想象，把一個超前的建筑物展現(xiàn)在世人面前。特別是大劇院中心建筑——水上明珠的建筑造型，以超級橢球體的屋蓋形式，體現(xiàn)了建筑藝術(shù)與結(jié)構(gòu)藝術(shù)的完美結(jié)合。大劇院鋼結(jié)構(gòu)為一個巨大的橢球體，屋蓋由徑向和環(huán)向的鋼結(jié)構(gòu)桿件組合屋蓋殼體，即使透過透明的玻璃也可以看到結(jié)構(gòu)的建筑美感。深圳寶安體育場深圳2011年深圳寶安體育場的設(shè)計靈感來源于具有華南地區(qū)風(fēng)情的竹林場景，在重現(xiàn)地域特色的同時，“竹林”還構(gòu)成了看臺以及大跨度屋面的結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)。建筑的外表皮將建筑立面、主體結(jié)構(gòu)及所運用的象征性建筑語匯整合為一個極具表現(xiàn)力的整體，修長的鋼柱在光影中參差交錯，如同抽象放大的竹枝，賦予建筑以竹林的形象。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.1建筑造型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思——經(jīng)典案例解讀雅典奧運會及殘奧會主體育場雅典2004年雅典奧運會及殘奧會主體育場反映了卡拉特拉瓦的典型設(shè)計理念，該作品具有強烈的新古典主義色彩。整個體育場在原有露天看臺上方重新增設(shè)新型屋蓋，屋蓋結(jié)構(gòu)由兩片半邊屋頂組成，每片屋蓋在結(jié)構(gòu)縱向均設(shè)置了跨越整個看臺的落地大拱，其跨度304m，高85m。巨大的拱形管通過纜索與其下部拱形扭管連接在一起，形成拱形整體結(jié)構(gòu)。里斯本東方車站里斯本1998年東方車站體現(xiàn)了卡拉特拉瓦早期建筑理論和設(shè)計思想。整個火車站采用非常實用的巨型平面布局，將各種復(fù)雜的交通方式統(tǒng)一于一個整體之中?；疖囌菊九_上的屋頂看上去就像一層濃密的樹冠，給人以無限的遐想。對于這種樹冠狀的屋頂形式，卡拉特拉瓦在以前的設(shè)計中也曾用過，如多倫多的BCEPlace等。在東方車站這個項目中，卡拉特拉瓦將由鋼和玻璃構(gòu)成的“樹”按17m的網(wǎng)格布置，整體布局就像一個果園，人們可以將這個異常宏偉的結(jié)構(gòu)體系聯(lián)想成一片氣勢雄偉的森林。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.1建筑造型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思——經(jīng)典案例解讀密爾沃基藝術(shù)博物館美國2001年密爾沃基藝術(shù)博物館的設(shè)計主題是印象和情感。這是卡拉特拉瓦的作品中最具代表性，能夠體現(xiàn)豐富性和復(fù)雜性特點的作品。卡拉特拉瓦將特定的周邊自然環(huán)境與人文環(huán)境作為方案設(shè)計的出發(fā)點。在設(shè)計中，卡拉特拉瓦將原有的建筑作為一個完整的獨立部分，而新建的建筑臨近湖邊，這一特定的環(huán)境特征又給他的創(chuàng)作帶來靈感——以能夠在水上運動的物體的形狀作為建筑的基本形體。建筑色彩和材料的選用使建筑的外形看起來像一艘輪船。更重要的是，建筑的外形是巨大的折疊結(jié)構(gòu)，并帶有可開啟、閉合的百葉，整個屋面看起來就像一只大海鷗。通向博物館的橋靠一根傾斜的桅桿吊拉著，給人一種海上輪船的感覺，而這一設(shè)計手法來源于他早期的橋梁設(shè)計。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.1建筑造型與結(jié)構(gòu)構(gòu)思——經(jīng)典案例解讀法赫德國王國際體育場沙特1985年法赫德國王國際體育場如巨大花朵般被環(huán)向組織起來的白色帳篷頂映襯著周邊沙漠的廣袤，并向人們描繪著物理學(xué)法則的力與美，同時也讓人們想起阿拉伯游牧民族貝督因人的帳篷。它是一個由桅桿和索纜組成的、明確的自給自足的主承重結(jié)構(gòu)，以及一個在其內(nèi)部的、獨立的次承重結(jié)構(gòu)。南非德班體育場南非2009年工程師將功能、結(jié)構(gòu)形式以及特定的地理位置綜合考量，打造了一個獨一無二的建筑綜合體。因為需要建造一座高大的結(jié)構(gòu)，所以施萊?！へ惛衤昂匣锶斯こ淘O(shè)計事務(wù)所（SchlaichBergermannundPartner）的工程師們在體育場上方設(shè)計了一座高高的鋼結(jié)構(gòu)拱架。屋頂從拱架處懸挑出來，并采用了輕盈、半透明的張拉膜結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代化的建造技術(shù)使該項工程的實現(xiàn)成為可能。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類國內(nèi)外空間結(jié)構(gòu)蓬勃發(fā)展，建筑造型新穎，形式種類繁多。在我國國內(nèi)，從事大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究主要有以下團隊，每家各有所長，分類不一。浙江大學(xué)——董石麟團隊華南理工大學(xué)——王仕統(tǒng)團隊東南大學(xué)——郭正興團隊中建國際設(shè)計顧問有限公司——傅學(xué)怡團隊中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院——葛家琪團隊中國建筑西南設(shè)計研究院——馮遠團隊清華大學(xué)——郭彥林團隊天津大學(xué)——陳志華團隊同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院——丁潔民、張其林團隊其他團隊2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照結(jié)構(gòu)構(gòu)成分類目前常用的大跨度空間結(jié)構(gòu)體系的分類方法主要有按結(jié)構(gòu)構(gòu)成分類、按受力特點分類、按構(gòu)件單元分類和按力學(xué)準(zhǔn)則分類，共四種分類方法。（1）按結(jié)構(gòu)構(gòu)成分類（傳統(tǒng)分類方法）通常將空間結(jié)構(gòu)按形式分為五大類，即薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)，稱為五大空間結(jié)構(gòu)。在五大空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,

平板型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和曲面型的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可合并總稱為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，而懸索結(jié)構(gòu)與膜結(jié)構(gòu)也可合并總稱為張拉結(jié)構(gòu)。這樣，所有的空間結(jié)構(gòu)又可歸納為三大空間結(jié)構(gòu)，即薄殼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和張拉結(jié)構(gòu)。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照結(jié)構(gòu)構(gòu)成分類薄殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照受力特點分類按照空間結(jié)構(gòu)的受力特點來劃分，大跨度空間結(jié)構(gòu)體系可分為剛性空間結(jié)構(gòu)體系、柔性空間結(jié)構(gòu)體系和雜交結(jié)構(gòu)體系。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照受力特點分類2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照受力特點分類2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照構(gòu)件單元分類董石麟院士在《中國空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展與展望》一文中提出了按照空間結(jié)構(gòu)的基本單元進行劃分的方法，并對目前工程應(yīng)用中的空間結(jié)構(gòu)進行了分類。采用按板殼單元、梁單元、桿單元、索單元和膜單元等五種單元組成來分類，空間結(jié)構(gòu)按基本單元組成分類具有鮮明的直觀性、實用性、包容性和開放性四大特點，它不僅可確知各種形式空間結(jié)構(gòu)的組成，而且可初步框定利用哪些計算方法和程序進行結(jié)構(gòu)分析。它不僅可包絡(luò)當(dāng)前所有各種形式的空間結(jié)構(gòu)，而且也可包容、囊括今后開發(fā)和創(chuàng)造的新型空間結(jié)構(gòu)。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照構(gòu)件單元分類2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照力學(xué)準(zhǔn)則分類王仕統(tǒng)教授在《簡論空間結(jié)構(gòu)新分類》一文中基于力學(xué)準(zhǔn)則和結(jié)構(gòu)理論，提出按結(jié)構(gòu)空間矢量傳力將空間結(jié)構(gòu)分為軸力結(jié)構(gòu)和彎矩結(jié)構(gòu)。（1）軸力結(jié)構(gòu)——即屋蓋空間結(jié)構(gòu)，是一種由于形狀而產(chǎn)生效益的結(jié)構(gòu)，因此它又叫形效結(jié)構(gòu)。屋蓋空間結(jié)構(gòu)有三大特點：曲面空間狀（有封閉邊緣構(gòu)件）、軸力結(jié)構(gòu)、用料很經(jīng)濟，主要有薄殼、網(wǎng)殼、弦支穹頂?shù)?；?）彎矩結(jié)構(gòu)——包括屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)和三維空間結(jié)構(gòu)（如高層結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)），以承受彎矩為主。屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)主要有梁、板、桁架、剛架、張弦梁、網(wǎng)架等。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——按照力學(xué)準(zhǔn)則分類一維傳力二維傳力張弦梁張弦梁平面桁架彎矩結(jié)構(gòu)網(wǎng)架軸力結(jié)構(gòu)三維傳力格構(gòu)式殼——網(wǎng)殼弦支穹頂2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——結(jié)構(gòu)體系選型評價陸賜麟教授在《鋼結(jié)構(gòu)》2009年第12期的《用科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)促進鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展》一文中提出專業(yè)知識是科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，結(jié)構(gòu)體系的正確性與資源效益的最大化程度成正比，結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)秀性與g/p成反比，一般是優(yōu)秀設(shè)計：g/p=0.2~0.35；平庸設(shè)計：g/p=0.4~0.55；拙劣設(shè)計：g/p=0.6~0.7。式中g(shù)為結(jié)構(gòu)自重，p為荷載總重（包含結(jié)構(gòu)自重）?？梢妰?yōu)秀的設(shè)計是以最經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)體系實現(xiàn)既定的使用功能。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.2大跨空間結(jié)構(gòu)體系分類——結(jié)構(gòu)體系選型評價王光遠院士在《大跨空間結(jié)構(gòu)選型的因素體系模型》一文中提出了影響大跨空間結(jié)構(gòu)選型方案評價的四個目標(biāo)級影響因素即建筑功能因素、受力性能因素、經(jīng)濟性能因素、施工可行性因素。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.3常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述桁架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架與網(wǎng)殼張弦結(jié)構(gòu)弦支穹頂斜拉結(jié)構(gòu)2.3

常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述桁架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)成特點一般分為平面桁架和立體桁架。由上弦桿、下弦桿、腹桿組成。均屬于二維抗彎抗剪體系。結(jié)構(gòu)力學(xué)性態(tài)弦桿因承擔(dān)整體彎曲產(chǎn)生的彎矩，而承擔(dān)軸力，上弦受壓、下弦受拉。腹桿因承擔(dān)整體彎曲中的剪力，而承擔(dān)軸力。桁架可理解為將“梁”這一典型的受彎構(gòu)件經(jīng)過桿系置換后形成的具有離散化特征的結(jié)構(gòu)體系。將橫向彎曲作用下實腹梁內(nèi)部復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為桁架桿件內(nèi)簡單的拉壓應(yīng)力狀態(tài)，力流傳遞清晰直觀。案例一：蘭州西站案例一：蘭州西站蘭州西站屋蓋結(jié)構(gòu)橫軌方向長380m，順軌方向?qū)?36m。屋蓋呈幾字形，矢高10.65m，最高建筑標(biāo)高39.550m。站房屋蓋主結(jié)構(gòu)采用“鋼管混凝土柱+管桁架+箱型梁”結(jié)構(gòu)體系。柱網(wǎng)布置：順軌向共設(shè)四排方形鋼管混凝土立柱，其中外側(cè)柱寬1.0m，外側(cè)柱寬1.2m，垂軌向基本柱距21.5m。桁架布置：主桁架高2.3m~4.4m，寬2.0m，在邊柱柱頂沿橫軌道方向布置聯(lián)系桁架，以承擔(dān)幕墻荷載、形成縱向聯(lián)系。次梁布置：由雙向桁架將屋蓋劃分為約21.5m寬的矩形方格，在每個方格內(nèi)通過布置雙向?qū)嵏逛摿?，劃分?.2m×9m的方格。案例一：蘭州西站柱網(wǎng)與主桁架桁架整體結(jié)構(gòu)立面結(jié)構(gòu)整體案例一：蘭州西站桁架柱底節(jié)點桁架柱頂節(jié)點結(jié)構(gòu)溫度縫的設(shè)置（懸挑）案例二：東方體育中心案例二：東方體育中心案例二：東方體育中心主結(jié)構(gòu)環(huán)向聯(lián)系結(jié)構(gòu)支撐體系案例二：東方體育中心對比方案方案A方案B方案C（最終方案）立面圖（懸挑最大榀）柱腳寬度1.7m1.7m2.7m懸挑端撓度（單榀）258mm200mm148mm單榀不成立；單榀抗傾覆能力差；單榀成立，空間作用提受力特點主要依靠空間作用。

主要依靠空間作用和拉索。

供第二道防線。傳力不直接；施工復(fù)雜；僅一道抗力防線。傳力直接；承載安全度提高；對建筑無影響。平衡索影響建筑造型。評價案例三：南通體育場案例三：南通體育場體育場開啟體育場關(guān)閉案例三：南通體育場體育場固定屋蓋設(shè)計為拱支單層網(wǎng)殼體系，分別為6道東西向的主拱、介于主拱間的5道不連續(xù)副拱（在開口處斷開）以及南北向的斜拱；活動屋蓋采用周邊加強的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；長軸方向為171m，短軸方向為107m。2.3

常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述網(wǎng)架與網(wǎng)殼網(wǎng)架受力機理類似于雙向或三向交叉梁系，具有三維受力特點。通過連接上、下弦桿的腹桿協(xié)調(diào)不同方向的多榀桁架共同彎曲來抵抗豎向荷載。腹桿因承擔(dān)整體彎曲效應(yīng)產(chǎn)生的剪力而承受軸力。網(wǎng)架可理解為將厚板經(jīng)桿件置換離散后形成的結(jié)構(gòu)。將豎向荷載作用下厚板內(nèi)部復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)架桿件簡單的拉壓應(yīng)力狀態(tài)。力流傳遞清晰直觀。相對于桁架結(jié)構(gòu)平面外剛度差的缺點，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的空間剛度大，穩(wěn)定性較好。網(wǎng)殼對于絕大多數(shù)網(wǎng)殼而言，彎矩和剪力是次要內(nèi)力，即主要承受薄膜應(yīng)力，依靠殼體的薄膜作用來承載。砼材料抗壓強度較高，抗拉強度很小，所以砼殼體對形狀要求較高，以充分利用曲面自身的結(jié)構(gòu)性狀來充分發(fā)揮砼優(yōu)良的抗壓性能。對于鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，由于鋼材的抗拉和抗壓等強。當(dāng)跨度大矢高小，彎曲應(yīng)力大時，將網(wǎng)殼設(shè)計成雙層就可以應(yīng)付自如，這個優(yōu)點使得殼體的形態(tài)設(shè)計具有較大的靈活性。案例一：紹興金沙山水館案例一：紹興金沙山水館案例一：紹興金沙山水館結(jié)構(gòu)體系構(gòu)思草圖案例一：紹興金沙山水館水館結(jié)構(gòu)采用“鋼桁架弦支網(wǎng)殼組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)”

。這是一種較新穎的組合結(jié)構(gòu)形式，借鑒了巨型結(jié)構(gòu)體系的概念，采用“主骨架+次結(jié)構(gòu)”結(jié)構(gòu)形式。徑向主桁架與環(huán)桁架屋面單層網(wǎng)殼次結(jié)構(gòu)中央弦支穹頂單層網(wǎng)殼中央弦支穹頂拉索與撐桿案例一：紹興金沙山水館結(jié)構(gòu)整體模型案例一：紹興金沙山水館結(jié)構(gòu)現(xiàn)場照片案例二：國家大劇院案例二：國家大劇院國家大劇院是一個長212m，寬143m、高45m的超級橢球體。上部屋蓋結(jié)構(gòu)為一個由徑向和環(huán)向的鋼結(jié)構(gòu)桿件組合屋蓋殼體，即使透過透明的玻璃也可以看到結(jié)構(gòu)的建筑美感。2.3

常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述張弦結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)成由剛性子結(jié)構(gòu)、拉索、撐桿組成。用撐桿連接受壓受彎的剛性子結(jié)構(gòu)和抗拉的索，通過給拉索施加預(yù)應(yīng)力，對剛性子結(jié)構(gòu)實施反拱，有效減輕結(jié)構(gòu)負擔(dān)，增強了結(jié)構(gòu)的承載能力和豎向剛度。同時實現(xiàn)了主動的應(yīng)力控制和變形控制，并形成自平衡體系。張弦梁剛性子結(jié)構(gòu)為實腹梁或拱。這是最早出現(xiàn)的張弦結(jié)構(gòu)體系，其概念是由日本教授于20世紀(jì)80年代首次提出。屬于典型的平面受力體系，需通過合理布置支撐體系使各榀張弦梁形成整體以共同工作。張弦桁架剛性子結(jié)構(gòu)為平面桁架或立體桁架。這是對張弦梁中的剛性子結(jié)構(gòu)進行加強而形成的，可跨越更大的跨度并使得剛性子結(jié)構(gòu)得穩(wěn)定性得以加強，但本質(zhì)上仍屬于平面受力體系。案例一：上海世博會主題館案例一：上海世博會主題館案例一：上海世博會主題館立體桁架撐桿張弦桁架斷面圖索夾拉索索夾詳圖案例一：上海世博會主題館126m跨張弦梁案例二：北京大學(xué)體育館案例二：北京大學(xué)體育館規(guī)模達2.5萬m2

;最大跨度80m;6000固定坐席

+2000臨時坐席;屋面形態(tài)設(shè)計采用NURBS-

(Non-UniformRational

B-Spline

)技術(shù)完成;屋蓋結(jié)構(gòu)采用了輻射型張弦桁架殼體。案例二：北京大學(xué)體育館案例二：北京大學(xué)體育館輻射狀張弦梁環(huán)向支撐體系結(jié)構(gòu)整體交叉支撐案例三：福州南站案例三：福州南站案例三：福州南站結(jié)合雨棚下部可提供的支承位置，以及雨蓬波浪式的造型特點，

采用間距12m的三跨連續(xù)張弦梁作為主結(jié)構(gòu)單元。剛性上弦由兩根間距2.5m的矩形鋼管拱梁組成，矢高3m。下弦拉索通過V型撐桿與鋼拱梁連接在一起協(xié)同抵抗外力。三跨連續(xù)張弦梁2.3

常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述弦支穹頂?shù)湫偷南抑я讽斀Y(jié)構(gòu)是由一個單層網(wǎng)殼和下端的撐桿、索組成。各環(huán)撐桿的上端與單層網(wǎng)殼對應(yīng)的各環(huán)節(jié)點鉸接連接；撐桿下端用徑向索與單層網(wǎng)殼的下一環(huán)節(jié)點連接；同一環(huán)的撐桿下端由環(huán)向索連接在一起，使整個結(jié)構(gòu)形成一個完整的結(jié)構(gòu)體系。在外荷載作用時，荷載通過上端的單層網(wǎng)殼傳到下端的撐桿上；再通過撐桿傳給索；索受力后，產(chǎn)生對支座的反向拉力，使整個結(jié)構(gòu)對下端約束環(huán)梁的推力大為減小。通過調(diào)節(jié)拉索的預(yù)張力，可以減小甚至消除弦支穹頂對下部支撐結(jié)構(gòu)的水平反力，從而使得弦支穹頂對邊界約束的要求降低，也相應(yīng)提高了結(jié)構(gòu)體系的面外剛度和穩(wěn)定性。2.3

常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述弦支穹頂2.3

常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述弦支穹頂肋環(huán)型施威德勒型聯(lián)方型凱威特型三向網(wǎng)格型短程線型案例一：常熟體育館案例一：常熟體育館結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成圖肋環(huán)形單層網(wǎng)殼內(nèi)、外環(huán)桁架案例一：常熟體育館聯(lián)方型支撐索撐體系比賽館弦支穹頂案例二：安徽大學(xué)體育館案例二：安徽大學(xué)體育館案例二：安徽大學(xué)體育館案例二：安徽大學(xué)體育館屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)成沿脊梁從外到內(nèi)設(shè)置五道環(huán)索、周邊環(huán)桁架中央環(huán)桁架斜拉索以及連接脊梁和索的撐桿。斜索的水平分力與環(huán)索拉力平衡，豎向分力則通過撐桿對上部結(jié)構(gòu)實施反拱卸載。在采光頂周圍以及結(jié)構(gòu)外沿分別設(shè)置一道環(huán)向空間桁架，以增強結(jié)構(gòu)整體剛度，并協(xié)調(diào)各區(qū)格桿件的變形及受力。環(huán)索和撐桿主脊梁撐桿斜索和撐桿斜索拉力抵消支座推力2.3

常用的大跨度結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系概述斜拉結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)成一般由主承重結(jié)構(gòu)、索、剛性子結(jié)構(gòu)構(gòu)成。拉索或索桿提供的彈性支承點位于剛性子結(jié)構(gòu)上方，為其提供向上的拉力，以減小結(jié)構(gòu)彎曲作用。案例一：鄒城體育場案例一：鄒城體育場案例一：鄒城體育場前斜索桅桿后斜索主桁架抗風(fēng)索平衡索平衡索案例二：秦皇島體育場案例二：秦皇島體育場體育場局部體育場局部案例二：秦皇島體育場體育場三維模型案例二：秦皇島體育場體育場結(jié)構(gòu)單元案例三：壽光體育場案例三：壽光體育場案例三：壽光體育場體育場采用巨型桅桿斜拉結(jié)構(gòu)體系，4根巨型桅桿分別位于體育場東北、東南、西南、西北4個角上，底部采用可自由轉(zhuǎn)向的球形鉸支座。從桅桿頂部向屋蓋方向懸掛5根鋼索，懸吊于屋蓋內(nèi)側(cè)梯形空間鋼管桁架上；另一方向采用2根鋼索錨入地面，平衡屋蓋受力。桅桿主體采用φ2200×30焊接鋼管，底部、頂部分別縮徑至φ1200×30，內(nèi)設(shè)加勁肋及自鎖安全爬梯。2.

結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思2.4新型結(jié)構(gòu)體系展望索膜結(jié)構(gòu)全張拉結(jié)構(gòu)鋁合金結(jié)構(gòu)鋼木混合結(jié)構(gòu)2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望索膜結(jié)構(gòu)索膜結(jié)構(gòu)以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成，利用鋼索與支柱在膜材中導(dǎo)入張力以達安定的形式。除了可實踐、創(chuàng)新且美觀的造型外,也是最能展現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)精神的構(gòu)造形式.近年來，大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構(gòu)成鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。結(jié)構(gòu)體系施工精度要求高，結(jié)構(gòu)性能強，具有豐富的表現(xiàn)力。案例一：上海世博會世博軸案例一：上海世博會世博軸索膜結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成圖索膜頂棚采用連續(xù)的張拉式索膜結(jié)構(gòu)體系,總長度約840m,

最大跨度約97m,

膜面總投影面積約61000m2,

展開總面積約65000m2,

單塊膜最大展開面積約1800m2,

膜面單元一般呈三角形。膜材采用A2級PTFE膜。索膜結(jié)構(gòu)邊索單跨最大約80m,

脊索最大跨度約115m,

為大跨度柔性結(jié)構(gòu)。膜頂主要由承重作用的脊索、邊索和穩(wěn)定作用的張拉膜構(gòu)成,

1根邊索、2根脊索和膜形成了三角形為頂面的倒錐臺狀,

膜面為雙向曲面,

膜焊縫主要沿經(jīng)向放射形布置。整個膜頂支承于外桅桿、內(nèi)桅桿及陽光谷鋼結(jié)構(gòu)上。索膜結(jié)構(gòu)的最高點由26組外桅桿和背索、部分陽光谷的連接點構(gòu)成,

最低點由19組內(nèi)桅桿下拉點、5組外桅桿和背索、部分陽光谷的連接點構(gòu)成。內(nèi)桅桿與外桅桿頂部由水平索連接,

水平索的增設(shè),

協(xié)調(diào)了內(nèi)外桅桿的水平位移,

由背索、外桅桿、水平索、內(nèi)桅桿、外桅桿、背索形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。軸測圖案例一：上海世博會世博軸案例一：上海世博會世博軸2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望全張拉結(jié)構(gòu)全張拉結(jié)構(gòu)（又叫輪輻式張拉結(jié)構(gòu)）是在張拉整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)自行車車輪輻條結(jié)構(gòu)概念提出的，該結(jié)構(gòu)體系具有張拉結(jié)構(gòu)的受力特點，同時克服了張拉整體結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、傳力不直接和容易形成機構(gòu)的缺點。這種結(jié)構(gòu)通常屋蓋表面覆蓋膜材，輕質(zhì)，美觀。研究表明，隨著跨度的增加，其造價增加并不多，在大跨度空間結(jié)構(gòu)方面具有很大的優(yōu)勢。該結(jié)構(gòu)體系主要用于容納3~10萬人的體育場、體育館等大型公共建筑。2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望全張拉結(jié)構(gòu)的分類內(nèi)凹形外凸形按平面形狀分類按屋面形狀分類全柔性結(jié)構(gòu)體系半剛性結(jié)構(gòu)體系按結(jié)構(gòu)剛度分類2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望基本體系演變外凸形基本體系內(nèi)凹形基本體系2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望受力基本原理內(nèi)凹形外凸形案例一：寶安體育場座位規(guī)模：4萬。屋面形態(tài)：馬鞍形，外橢圓237mX230m，罩棚寬54m。建筑面積：總建筑面積：88500平方米（平面245.8X245.8米，高度39.65米）。屋面材料：拉索+PTFE膜材。屋面結(jié)構(gòu)形式：橢圓形馬鞍面輪輻式張拉索膜結(jié)構(gòu)。案例一：寶安體育場結(jié)構(gòu)整體單元拆分屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)成：由36榀索桁架、1道剛性受壓環(huán)梁和2道柔性環(huán)索組成,

整體屋蓋屬于自平衡結(jié)構(gòu)體系。屋蓋結(jié)構(gòu)平面投影外輪廓為230m×237m的橢圓,

內(nèi)環(huán)索122m×129m的橢圓。屋蓋結(jié)構(gòu)呈馬鞍面,

最高點和最低點高差為9.65m。屋蓋結(jié)構(gòu)下方有36根結(jié)構(gòu)柱支承，其中8根為柱腳分叉的A字形柱，整體結(jié)構(gòu)的水平剛度主要依靠A形柱提供。車輻式屋蓋結(jié)構(gòu)外側(cè),

由188根幕墻柱以及1道幕墻環(huán)梁形成交錯的竹林建筑效果幕墻環(huán)梁與屋蓋結(jié)構(gòu)受壓環(huán)梁通過水平徑向鉸接連桿聯(lián)系。屋蓋結(jié)構(gòu)特點：國內(nèi)最大環(huán)形索桁結(jié)構(gòu)，索類型多、成型過程剛度變化大、成型后索力大；適用于圓形平面，結(jié)構(gòu)單榀無法成立，必須整體張拉受力后才能承載。案例一：寶安體育場場內(nèi)實景場內(nèi)實景案例二：崇明自行車館案例二：崇明自行車館崇明體育中心自行車館為橢圓形花瓣折板輪輻式混合張拉結(jié)構(gòu)。屋蓋長軸跨度為160m，短軸跨度為136m，中央屋蓋橢圓形車輪式錐體屋面，最高處標(biāo)高為25m，長、短軸跨度分別為60m和50m，柱高28m。案例二：崇明自行車館結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成組分一：中央屋蓋組分二：主體屋蓋輪輻式混合張拉結(jié)構(gòu)組分三：外部圍護結(jié)構(gòu)主骨架案例二：崇明自行車館中央屋蓋結(jié)構(gòu)布置上徑向索中央撐桿下徑向索8m中央屋蓋為陀螺形圓錐體，結(jié)構(gòu)為自行車輪形的張拉結(jié)構(gòu)，中央撐桿高度為8m，平面為橢圓形，長軸跨度為60m，短軸跨度為50m。上下徑向索各18根，上下徑向索的拉力在豎向分量相互平衡，同時徑向索的拉力傳到內(nèi)拉環(huán)上，減小了受拉環(huán)的拉力。案例二：崇明自行車館主體屋蓋結(jié)構(gòu)布置內(nèi)拉環(huán)通過徑向構(gòu)件將拉力傳到外部結(jié)構(gòu)，形成自平衡受力體系。脊索通過吊索懸掛著下部剛性構(gòu)件，形成懸掛結(jié)構(gòu)。脊索和下部剛性構(gòu)件錯開排列，構(gòu)成折面單元，提高了屋面的剛度。脊索吊索谷桿主體屋蓋谷桿內(nèi)拉環(huán)案例二：崇明自行車館斜柱上壓環(huán)下壓環(huán)斜剛性桿撐桿外部圍護結(jié)構(gòu)主骨架外部斜柱支撐整個屋蓋，把屋蓋上部荷載傳遞到下部混凝土看臺。上壓環(huán)承受脊索引起的巨大壓力，并將對柱子起到鋼箍作用，提高其側(cè)移剛度。下壓環(huán)承受撐桿傳遞過來的壓力，同時柱子其支撐作用，減小柱子的計算長度。斜剛性桿、撐桿和鋼柱形成一個環(huán)形空間桁架，使結(jié)構(gòu)形成很強的側(cè)向剛度

。斜剛性桿可以分擔(dān)上壓環(huán)一部分拉力，同時承受由風(fēng)吸荷載引起的壓力。斜剛性桿和撐桿構(gòu)成的立面折板結(jié)構(gòu)用來支撐立面圍護結(jié)構(gòu)。案例二：崇明自行車館建筑與結(jié)構(gòu)模型2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望鋁合金結(jié)構(gòu)鋁合金結(jié)構(gòu)材質(zhì)新穎高檔，代表世界公共建筑的新方向，鋁合金結(jié)構(gòu)強度高，材料重量輕

(僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/3-1/6)。鋁合金結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：獨特短程線結(jié)構(gòu)專利設(shè)計，穩(wěn)定性高。結(jié)構(gòu)緊湊，凈跨大，最大跨度達300公尺結(jié)構(gòu)強度能適應(yīng)各種不均衡風(fēng)載、雪載

結(jié)構(gòu)內(nèi)部單節(jié)點至少可承受50kg以上的吊掛重量；鋁合金結(jié)構(gòu)高性價比；耐腐蝕，無需定期維修和防腐處理，永久密封技術(shù)和獨特設(shè)計保證不漏水，良好的隔音和吸音效果。單節(jié)點至少可承受50kg以上的吊掛重量，最大內(nèi)部自承重超過200噸，可直接吊裝燈光、音響，無需附加裝置。除建造多功能體育館外，鋁合金結(jié)構(gòu)在溜冰場、游泳館和各種配套商業(yè)設(shè)施中的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。鋁合金結(jié)構(gòu)在建造游泳館和溜冰場中可發(fā)揮其他材料不可比擬的優(yōu)勢。不同于其他體育場館，在游泳館中水汽蒸發(fā)很嚴(yán)重，特別是池水中的消毒成分蒸發(fā)后會嚴(yán)重腐蝕館內(nèi)的其他金屬材料，如果游泳館采用鋼結(jié)構(gòu)，勢必會影響整個場館的穩(wěn)定性。相反，鋁合金結(jié)構(gòu)耐腐蝕，可以很好地抵御水蒸氣的侵蝕，保護場館的結(jié)構(gòu)不受損失。案例一：辰山植物園案例一：辰山植物園三個異型體的鋁合金殼體結(jié)構(gòu)的玻璃溫室以其輕巧透明的特征成為上海辰山植物園的一大亮點，將吸引眾多游客的目光。玻璃溫室采用鋁合金玻璃結(jié)構(gòu)，使用仿生學(xué)原理塑造的形體自然、流暢，其晶瑩透徹的建筑和綠環(huán)融為一體，并且與背景的辰山交相呼應(yīng)，組成一幅動人的畫卷。生態(tài)溫室建筑由三座不同的大氣候罩、一個有頂棚的室外門廳區(qū)、辦公區(qū)和一個地下的設(shè)備區(qū)組成?？偨ㄖ娣e21165m2。展館分為三個展廳，分別展示8個不同的植物展區(qū)，建筑面積共12875m2。生態(tài)溫室建筑高度分別為23m、21m和18m，展開面積約為10000m2、78000m2和4800m2。溫室群的建筑形態(tài)獨特，弧形的大跨度穹頂，結(jié)構(gòu)采用世界上先進的單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，頂為三角形夾層中空鋼化玻璃覆蓋，輕盈通透。案例一：辰山植物園案例一：辰山植物園案例一：辰山植物園案例二：中國現(xiàn)代五項賽事中心體育場館屋面采用單層鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，最大邊距126米，為國內(nèi)同類型屋面結(jié)構(gòu)跨度之最，也是西南地區(qū)第一次采用這種屋面結(jié)構(gòu)形式。案例二：中國現(xiàn)代五項賽事中心體育場館案例二：中國現(xiàn)代五項賽事中心體育場館場內(nèi)實景外部實景2.4

新型結(jié)構(gòu)體系展望鋼木混合結(jié)構(gòu)木材的質(zhì)感給人帶來溫馨的感覺，木結(jié)構(gòu)建筑與冷酷的鋼結(jié)構(gòu)相比，具有較強的親和力。隨著集成材的使用（特別是膠合木材的使用）和木結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，木材重新作為一種現(xiàn)代建筑材料被廣泛的應(yīng)用。除了在傳統(tǒng)的重木結(jié)構(gòu)和輕木結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)在中小型空間結(jié)構(gòu)中也開始應(yīng)用。案例一：諾華食堂本建筑單體的主體結(jié)構(gòu)由膠合木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)組成。其中，內(nèi)部二層結(jié)構(gòu)為鋼框架結(jié)構(gòu)。抗震等級為三級；建筑外包框架為膠合木結(jié)構(gòu)。由于木結(jié)構(gòu)自重較輕，抗震性能優(yōu)于大部分其它材料，且本建筑單體僅為兩層。案例一：諾華食堂案例一：諾華食堂案例一：諾華食堂案例二：加拿大奧林匹克速滑館案例二：加拿大奧林匹克速滑館案例二：加拿大奧林匹克速滑館案例二：加拿大奧林匹克速滑館案例二：加拿大奧林匹克速滑館大跨度空間結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計1

大空間建筑概述結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)構(gòu)思分析方法與分析手段233.

分析方法與分析手段3.13.2分析方法的演進設(shè)計手段的革新3.1

分析方法的演進軟件應(yīng)用有限元分析要點靜力分析抗震分析穩(wěn)定性分析彈塑性極限承載力分析溫度作用分析抗連續(xù)倒塌分析節(jié)點分析3.1

分析方法的演進軟件應(yīng)用目前空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的軟件主要分為建模軟件、通用分析軟件、有限元軟件和詳圖深化軟件。Rhino3D建模軟件CatiaSolidworksSAP2000MIDAS/GEN3D3S通用設(shè)計軟件MSTCADSTRAN7空間結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件ANSYSMIDAS/FEAABAQUSAutoCADXSTEEL有限元分析軟件詳圖深化軟件REVIT3.1

分析方法的演進建模軟件建模軟件主要分為表皮建模軟件和實體建模軟件。表皮建模主要用來建筑找形，利用表皮建模軟件建筑師可以創(chuàng)造合理美觀的建筑造型，并為后期的建筑表面施工定位提供技術(shù)參考。實體建模軟件主要為結(jié)構(gòu)有限元分析提供建模準(zhǔn)備工作。Rhino

3DSolidworks3.1

分析方法的演進通用設(shè)計軟件通用設(shè)計軟件是根據(jù)各國的建筑設(shè)計規(guī)范專門開發(fā)的，用于進行結(jié)構(gòu)分析的有限元軟件。與其他通用有限元軟件相比，這一類軟件具有系統(tǒng)性和針對性。SAP20003D3S3.1

分析方法的演進有限元分析軟件有限元分析軟件主要用于補充通用設(shè)計軟件的分析功能。這類軟件含有豐富的單元庫和材料庫，能夠模擬各種材料的受力和變形行為。ANSYSABAQUS3.1

分析方法的演進詳圖深化軟件通過創(chuàng)建三維模型，將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的狀態(tài)通過電腦展現(xiàn)出來，保證鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化設(shè)計中構(gòu)件的準(zhǔn)確性，同時可方便地生成各種圖紙、報表及接口文件，可以服務(wù)于整個工程。XSTEELREVIT3.1

分析方法的演進有限元分析要點構(gòu)件單元選擇（1）桿單元（2）梁單元（3）索單元：如果索的節(jié)間長度不大，且不承受橫向荷載，可通過對拉索初始預(yù)應(yīng)力的控制，確保在任何不利工況下索內(nèi)應(yīng)力變化范圍均不小于使索剛度明顯下降的臨界值，計算中可用線性拉桿來替代，精度足夠。線性分析與非線性分析（1）線性方法：假設(shè)節(jié)點位移為無限小量、材料為線彈性、加載時邊界條件性質(zhì)保持不變。對于一般的剛性結(jié)構(gòu)，因結(jié)構(gòu)的非線性特性表現(xiàn)不強烈，基本滿足線性分析假定，故可近似采用線性分析方法。（2）非線性方法：本質(zhì)上講，固體力學(xué)均為非線性。結(jié)構(gòu)分析中，非線性主要表在在幾何、材料、邊界條件三個方面。對于含有索膜等柔性材料的半剛性結(jié)構(gòu)或柔性結(jié)構(gòu)，由于柔性材料自身的非線性特性對結(jié)構(gòu)幾何位形、整體剛度的影響較大，建議在結(jié)構(gòu)分析階段采用非線性分析方法。（3）平衡路徑跟蹤技術(shù)：屈曲前采用牛頓－拉夫遜方法；屈曲后采用弧長法。3.1

分析方法的演進有限元分析要點彈性分析與彈塑性分析（1）彈性分析滿足小應(yīng)變假定，不考慮材料塑性。對于非強度控制的大跨度結(jié)構(gòu)，在初步靜動力分析中可采用彈性方法。（2）彈塑性分析塑性鉸法——SAP2000中常用的塑性分析方法，適用型鋼構(gòu)件。有限分割變剛度法有限分割有限元法——ANSYS中常用的塑性分析方法，精確度更高。對于強度起控制作用的大跨度結(jié)構(gòu)，建議采用彈塑性分析方法獲得結(jié)構(gòu)真實的極限承載能力，評價整體安全度。3.1

分析方法的演進靜力分析內(nèi)目容：（1）內(nèi)力分析；

（2）位移分析。的：

了解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布、驗證結(jié)構(gòu)體系能否成立，并比較結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣，為后續(xù)的深入分析工作及優(yōu)化調(diào)整提供支持。分析方法：（1）基于連續(xù)化假定的分析方法；

（2）

基于離散化假定的分析方法。目前主要采用離散的分析方法。實施手段：

（1）觀察變形特點，要求剛度分布合理均勻，無變形奇異處或應(yīng)力集中處。（2）考察撓度，要求符合豎向剛度控制指標(biāo)，且有一定安全儲備（鋼規(guī)附錄A）。（3）通過參數(shù)分析，計算比較來調(diào)整優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置。軸力圖豎向變形圖3.1

分析方法的演進抗震分析分析方法：（1）基于承載力的分析方法靜力理論階段反應(yīng)譜理論階段動力理論階段靜力法：動力作用效應(yīng)=靜力作用效應(yīng)×動力放大系數(shù)一致激勵動力分析：反應(yīng)譜法、直接動力分析多點多維動力分析：反應(yīng)譜法、時程分析法、隨機振動分析法（2）

基于性能的分析方法使抗震設(shè)計從宏觀定性的目標(biāo)向具體量化的多重目標(biāo)過渡；更強調(diào)對實施性能目標(biāo)的深入分析和論證，更有利于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新；有利于針對不同抗震設(shè)防要求、場地條件以及建筑的重要性，采用不同的性能目標(biāo)和抗震措施；目前尚處于初步的理論探索階段。3.1

分析方法的演進穩(wěn)定性分析大跨度鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型是否發(fā)生塑性變形失穩(wěn)變形范圍彈性失穩(wěn)整體失穩(wěn)局部失穩(wěn)彈塑性失穩(wěn)極值型失穩(wěn)分支型失穩(wěn)實際工程存在各種缺陷，缺陷的模式向量通常不垂直于屈曲模態(tài)或二次路徑向量，因此實際結(jié)構(gòu)的屈曲性態(tài)多為極值型。3.1

分析方法的演進彈塑性極限承載力分析大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體極限承載力分析的層次（1）

線性整體穩(wěn)定分析：不考慮桿件的軸向變形，通過求解結(jié)構(gòu)的初始穩(wěn)定特征方程，得到結(jié)構(gòu)的線性整體穩(wěn)定臨界荷載。優(yōu)點：可快速得到結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)，初步判斷薄弱部位，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置。缺點：過高估計結(jié)構(gòu)承載力，無法描述全過程工作性能。（2）

大位移幾何非線性彈性整體穩(wěn)定分析：考慮桿件的軸向變形，p-δ效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的大位移效應(yīng)，通過搜索結(jié)構(gòu)彈性切線剛度矩陣奇異時的荷載，得到完善結(jié)構(gòu)和帶缺陷結(jié)構(gòu)的彈性大位移幾何非線性整體穩(wěn)定臨界荷載。優(yōu)點：得到荷載－位移曲線，觀察剛度和穩(wěn)定性的變化歷程，判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生整體失穩(wěn)。缺點：忽略強度問題和穩(wěn)定問題的耦合，對材料強度控制的結(jié)構(gòu)，無法得到實際的極限承載力。（3）幾何非線性彈塑性整體穩(wěn)定性分析：在第二層次內(nèi)容的基礎(chǔ)上，再考慮構(gòu)件材料彈塑性的影響，通過求得結(jié)構(gòu)彈塑性切線剛度矩陣奇異時的荷載，得到結(jié)構(gòu)的彈塑性整體穩(wěn)定臨界荷載。優(yōu)點：同時計入幾何非線性和材料非線性，通過跟蹤結(jié)構(gòu)的荷載－位移曲線，將結(jié)構(gòu)的強度、剛度及穩(wěn)定