三、中国的发展水平与前景
自从50年以来，中国在空间结构领域获得了长足的进步，不论是工程应用或理论研究方面均在国际上占有一席之地，网架结 构的应用范围与面积已位居世界各国前列，像首都体育馆上上海体育馆这样万人级的体育馆仍是大跨度网架结构中的佼佼者，近 年来网壳结构逐渐兴起，在体育馆建设中颇有取代网架之势。天津市体育馆的双层球形网壳，直径有135m，黑龙江速滑馆的主体 结构采用由中央圆柱面与两端半圆球面组成的双层网壳，其轮廓尺寸为86.2m×191.2m.中国的悬索结构早在60年代即已起步[4], 当时曾建造了直径94m的圆形双层悬索,用于北京工人体育馆.其后在安徽体育馆等工程上采用的横向加劲悬索体系,以及在吉林滑冰馆采用的 空间双层索系,都体现了中国在这方面的创新.相形之下,同属于张拉体系的膜结构,在中国的发展还比较落后.但近建成的上海体育场马鞍形 看台挑蓬,采用悬挑钢桁架覆以伞形膜材,是中国的个大跨度膜结构,虽然其技术与材料主要还依靠国外,但对中国膜结构的发展必然将起 推动作用.值得提出的是,中国在制定空间结构技术规范的工作上在世界上是独树一帜的,有关薄壳、网架、网壳、悬索等的规程与标准,有的 已经颁发,有的正在编制,这些技术文件是中国在空间领域内工程实践和科研成果的结晶.
展望未来,中国正沿着改革开放道路阔步前进,随着交流的进一步扩大,必将建设更多的体育、展览、会议和机场建筑.这将为空间结构的 发展提供一个好的机会.经验证明,为了推动应用,相应的理论研究是必不可少的,过去,这些工作也有必要继续进行下去,以冀空间结构不断 获得理论储备[5].根据国外的经验,还有两个薄弱环节严重地影响着中国空间结构的向前发展,即结构形式和结构防护,必需及 早扭转目前的被动局面.
空间结构的优点在于它形式的多样化.然而,在设计过程中结构工程师往往是被动地去满足建筑师所提出的建筑造型,而不是在设计 一开始就主动地参与确定形式,这对于初始形状不确定的张拉结构就更不合理了,决定结构形式不仅要依靠设计者的直觉和灵感,也要更多地 采用理性的科学方法.近年来在国外已出现了好几种“工具”可用来研究结构形式.
首先是结构形态学（Structural Morphology）[6],它专门研究结构承重构件与形式之间的关系,包含了形状、材料、荷载与结构体系四大要素,这就需要建筑与 结构的设计研究人员共同参与.位于美国亚利桑那州沙漠中的“生物圈”2（Biosphere 2）,采用了全封闭的空间网格结构,这个建筑就是根 据结构形态学的原理而设计的.其欠,结构优化已经被成功地运用在大量生产的汽车和飞机设计中,而采用复杂程度更高的形状与拓朴优化对 于空间结构也具有巨大的潜力.为此,结合特定的材料、考虑多工况与多目标函数、以造价为推动力,都是使结构优化进入实用的必要条件. 德国拉姆（Ramm）等对壳体开头与厚度的优化具有启发意义[7],中国对网架高度与网格的优化成果已被列入设计规程中.此外, 日本半谷裕彦提出“形态分析”则从另一个角度来研究,结构形式,所谓“形”（form）是指结构的曲面形状与厚度,所谓“态”（system） 则指网格的划分、层数以及构件的拓朴等.形态分析是在设计过程中采用广义逆矩阵的解析与系统方法[8].
空间结构除了静荷载之外,还要承受像地震或风之类的动力作用.一般结构设计都是有多大的力就配以多大的截面,处于被动地位,而更积极的 办法是采用阻尼器等措施减少作用力,对地震或风进行主动的防护.早在1964年,日本东京代代木体育馆的悬索结构就曾在主索上采用了油阻尼器 以防止未能预计的强风对结构的危害,但以后在空间结构中未得到推广.近年来,国外在高层与高耸结构中常采用主动或被动的阻尼装置来减轻动 力作用的影响,这种经验也被引用到大跨度结构中.旧金山国际机场候机大厅中,用以支承大跨度钢桁架的柱脚步与基础间就设置了基底隔震器, 可以抵御8级以上的地震,是世界上的采用基底隔震的结构.另外,台湾一座火车站的大跨度壳体屋盖,以26对吊杆悬吊在一对跨长174m的钢索 上,为了减少对悬挂屋盖的风振,设置了8对粘弹性阻尼器[9].目前还有人研究在网壳上设置调频质量阻尼器(TMD)作为被动减震的手段. 因此,不断探索对结构形式与结构防护的有效方法,必将使空间结构更加合理、经济与安全
来源:考试大-建筑工程类考试责编:wql 纠错
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