薄殼與折板
中國(guó)在空間結(jié)構(gòu)方面應(yīng)用最早的當(dāng)屬薄殼結(jié)構(gòu)。從20世紀(jì)50年代開始就對(duì)薄殼結(jié)構(gòu)開展了大量的理論研究工作，也有一些工程實(shí)踐，特別是一些大跨度屋蓋，例如新疆某機(jī)械工廠金工車間直徑60m橢圓旋轉(zhuǎn)面薄殼，廣東番順人民大會(huì)堂直徑55m八角形圓球殼，北京火車站35m×35m和北京網(wǎng)球館 42m×42m方形雙曲扁殼等，均采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。為了改進(jìn)施工流程，曾嘗試過采用預(yù)制裝配的方法，如上海的裝配整體式雙曲扁殼，先在地面制作殼板，然后在高空拼裝并灌縫形成整體。又如無錫某試驗(yàn)大廳的54m直徑圓球殼，采用了梯形預(yù)制殼板，利用架設(shè)在殼板上的臨時(shí)拼裝架，由外向內(nèi)逐圈進(jìn)行安裝。雖然有了這些改進(jìn)，但是薄殼結(jié)構(gòu)施工難的問題還是沒有得到徹底解決，從而導(dǎo)致其難以推廣，然而，這也標(biāo)志著薄殼結(jié)構(gòu)已在中國(guó)空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域萌芽［1］。
在1960～1990年期間，曾經(jīng)廣泛采用過V形預(yù)應(yīng)力折板結(jié)構(gòu)，其施工過程是首先在地面上澆制混凝土平板并施加預(yù)應(yīng)力，然后將板吊裝到位形成V形屋面，最后在板縫間灌漿，形成整體折板屋蓋。這種結(jié)構(gòu)曾經(jīng)在工業(yè)廠房和倉庫的屋蓋上風(fēng)行一時(shí)，跨度最大達(dá)30m。這充分說明空間結(jié)構(gòu)必須做到施工方便才能得到廣泛應(yīng)用。
空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)
中國(guó)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展一開始就和體育館建設(shè)息息相關(guān)。20世紀(jì)60年代中期，北京首都體育館屋蓋首次采用了正交斜放的平面桁架系網(wǎng)架，平面尺寸為99m×112m。北京首都體育館的建成證明了在大跨度體育館中采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在技術(shù)上是成熟的，在經(jīng)濟(jì)上是合理的。以后不斷有大型體育建筑采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如上海體育中心的萬人體育館、練習(xí)館與游泳館，其中最大的是體育館，平面為圓形、直徑110m、支承在周邊的36根鋼筋混凝土柱上并懸挑出7.5m，構(gòu)成直徑為125m的網(wǎng)架。1990年在北京舉行的第十一屆亞洲運(yùn)動(dòng)會(huì)新建了13個(gè)體育館。其中體育館屋蓋結(jié)構(gòu)采用網(wǎng)架的占一半以上，如大學(xué)生體育館（方形、64m×64m）、月壇體育館（八邊形、57m×66m）、光彩體育館（矩形、46.8m×67.6m）等。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還經(jīng)常應(yīng)用于諸如會(huì)堂、影劇院、展覽館、車站、碼頭、候機(jī)大廳等公共建筑。西安秦俑博物館新建的二號(hào)館，其建筑平面依照俑坑遺址的輪廓設(shè)計(jì)成L形，屋蓋由大小兩個(gè)網(wǎng)架組成，均采用兩向正交正放形式，大網(wǎng)架的平面尺寸達(dá)到了96m。在早期的鐵道建設(shè)中，不少火車站都采用了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，最早的如長(zhǎng)沙火車站，屋蓋是42m×42m的兩向正交斜放網(wǎng)架；天津塘沽車站的網(wǎng)架為圓形，直徑47m，采用新穎的抽空三角錐形式。
此外網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還用于飛機(jī)庫。作為飛機(jī)庫來說，建筑物的一邊需要敞開以便設(shè)置機(jī)庫大門，同時(shí)在屋蓋下還要求懸掛吊車，因此采用三邊支承、一邊自由的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為合理。一開始各地的飛機(jī)庫都采用了跨度50m左右的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，隨著大型飛機(jī)的投入運(yùn)行以及操作上便利，都要求機(jī)庫向更大的跨度方向發(fā)展。1990年北京首都機(jī)場(chǎng)的四機(jī)位機(jī)庫，雙跨跨度達(dá)到153m，進(jìn)深90m。斜放四角錐網(wǎng)架設(shè)計(jì)為三層，采用圓鋼管與焊接空心球節(jié)點(diǎn)。屋蓋設(shè)置了10t多支點(diǎn)懸掛吊車。
隨著大規(guī)模工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)廠房也產(chǎn)生了劇烈的變化以滿足不同的生產(chǎn)工藝與使用要求。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以其大柱網(wǎng)、大跨度以及屋蓋可懸掛設(shè)備的特點(diǎn)，在工業(yè)廠房中也得到了廣泛的應(yīng)用。從20世紀(jì)80年代以來，網(wǎng)架開始推廣應(yīng)用在工業(yè)廠房中，其數(shù)量和面積逐年遞增。如1991年長(zhǎng)春第一汽車廠的轎車總裝車間，平面尺寸為189m×420m、柱網(wǎng)12m×21m，面積達(dá)8萬m2；2006年廣東肇慶亞洲鋁材工業(yè)園型材擠壓車間（圖1）平面尺寸為226m×1 180m，面積達(dá)22萬m2，最大跨度52m，柱距16m,網(wǎng)架下弦分別設(shè)有3～10t懸掛吊車。由于工業(yè)廠房面積大、數(shù)量多，在中國(guó)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)發(fā)展中具有舉足輕重的地位。
圖1廣東肇慶亞洲鋁材工業(yè)園型材擠壓車間網(wǎng)架
在中國(guó)空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的早期，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用不多，只是在鄭州、煙臺(tái)與撫順等地的體育館屋蓋上采用了直徑在60m左右的斯威德勒型穹頂，其構(gòu)造方式沿用了鋼桁架中以節(jié)點(diǎn)板連接。21世紀(jì)以來網(wǎng)殼呈現(xiàn)了急劇發(fā)展的趨勢(shì)，便是在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大量發(fā)展的形勢(shì)下而產(chǎn)生的［2］。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)首先也是應(yīng)用在體育建筑中。1990年第十一屆亞洲運(yùn)動(dòng)會(huì)新建的體育館中就有兩個(gè)造型各異的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。擁有3000座的石景山體育館，屋蓋平面為正三角形，邊長(zhǎng)99.7m，總面積為8400m2，屋蓋由三片四邊形的雙曲拋物面雙層網(wǎng)殼組成。作為亞運(yùn)會(huì)拳擊比賽館的北京體育學(xué)院體育館，面積為7200m2。外圍尺寸為59m×59m的屋蓋由四片雙曲拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)組成。為了承受水平地震力，在體育館四角另外設(shè)置了格構(gòu)式斜撐。
為了召開1996年冬季亞洲運(yùn)動(dòng)會(huì)，哈爾濱建造了黑龍江速滑館。主體結(jié)構(gòu)采用由中央圓柱和兩端半球殼組成的雙層網(wǎng)殼，其輪廓尺寸為86m×195m，網(wǎng)殼的中央部分采用正放四角錐體系，兩端采用三角錐體系，網(wǎng)格的尺寸在3m左右。
近年來，網(wǎng)殼在工業(yè)建筑的散料倉庫中也得到了廣泛應(yīng)用，與傳統(tǒng)的剛架或拱相比，其在材料消耗與造價(jià)上都有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于儲(chǔ)存松散材料、落地的筒狀殼體外形也最符合散料堆放的要求。早在1989年，河南中原化肥廠的尿素倉庫就采用了跨度為58m的雙層筒狀網(wǎng)殼，其長(zhǎng)度為138m，凈高22.5m。這種網(wǎng)殼在全國(guó)數(shù)十個(gè)發(fā)電廠的干煤棚中采用，如河南鴨河口電廠干煤棚（圖2），跨度108m、矢高39m,采用了正放四角錐三心圓柱面網(wǎng)殼。
圖2河南鴨河口電廠干煤棚網(wǎng)殼
中國(guó)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已達(dá)到了相當(dāng)大的規(guī)模，以跨度來說，2004年建成的北京國(guó)家大劇院（圖3）籠罩著218m×146m、矢高45m的橢圓形空腹網(wǎng)格的球形網(wǎng)殼，由鋼管頂環(huán)梁和鋼板及H型鋼梁架構(gòu)成殼體的骨架，其間以連桿和斜撐連接，體型居全國(guó)之冠。以面積來說，北京首都機(jī)場(chǎng)3號(hào)航站樓就有18萬m2，巨大的屋頂采用了抽空三角錐組成的微彎網(wǎng)殼?？傮w而言，包括網(wǎng)架和網(wǎng)殼在內(nèi)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)已成為發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式之一。
圖3 北京國(guó)家大劇院
中國(guó)的空間結(jié)構(gòu)一貫采用的材料是鋼鐵制的型材和管材，但是21世紀(jì)以來迅猛發(fā)展的鋁合金已在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)占有值得注意的一席之地。
鋁合金材料具有結(jié)構(gòu)自重輕、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，其密度只有鋼材的1/3，抗拉強(qiáng)度可達(dá)300MPa。一般不需做表面處理即可達(dá)到建筑防腐要求,適用于高溫高濕、海邊及重度污染環(huán)境。自20世紀(jì)50年代以來，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家開始研究在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，我國(guó)在1997年就引進(jìn)了中國(guó)第一個(gè)鋁合金穹頂體育建筑——上海國(guó)際體操中心，其采用直徑68m的單層球面網(wǎng)殼［3］。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)研發(fā)并生產(chǎn)了鋁合金空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)專用的Al-Mg-C鋁合金型材與鉚釘連接的板式節(jié)點(diǎn)。所有構(gòu)配件都是工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)裝配，提高了安裝速度，減少了施工周期。2010年上海辰山植物園建造了總面積22 200m2的溫室展覽館，最大單體的長(zhǎng)、寬、高分別為203m×33m×20.5m。2015年南京牛首山佛頂宮，分別采用了小穹頂（147m×98m）的單層橢球面網(wǎng)殼，以及大穹頂（251m×116m）的三向網(wǎng)格單層網(wǎng)殼，最大懸挑53m，其跨度、單體面積與桿件高度均居世界第一。
索結(jié)構(gòu)
中國(guó)對(duì)索結(jié)構(gòu)的研究起步比較早，1958年起一些科研機(jī)構(gòu)就開始對(duì)圓形單層及雙層懸索、傘形懸索及鞍形索網(wǎng)等不同形式進(jìn)行了理論計(jì)算、模型試驗(yàn)與施工方法等方面的研究。當(dāng)時(shí)在大跨度體育建筑中曾推廣應(yīng)用了這種新結(jié)構(gòu)，如北京工人體育館采用了直徑94m的圓形雙層懸索，浙江人民體育館采用了60m×80m平面的鞍形索網(wǎng)。后來一種覆蓋鋼筋混凝土板的單層單曲懸索用于淄博54m跨度的體育館，施工時(shí)采用在屋面上超加荷的方法對(duì)鋼索預(yù)加應(yīng)力，經(jīng)過灌縫后的屋面板與鋼索形成整體，具有很好的剛度。
中國(guó)還研究與開發(fā)了一些具有特點(diǎn)的新型懸索體系。如一種預(yù)應(yīng)力雙層懸索體系曾用于吉林滑冰館，其平面為矩形，屋蓋尺寸為59m×79.8m。另一種增強(qiáng)單曲懸索穩(wěn)定性的方法是采用以梁或桁架構(gòu)成的橫向加勁構(gòu)件，開發(fā)了一種新型的橫向加勁懸索體系。通過對(duì)桁架端部支座下壓產(chǎn)生強(qiáng)迫位移，在索內(nèi)產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力，這樣桁架起到加勁作用，增強(qiáng)了屋蓋的剛度。這種懸索體系曾分別應(yīng)用在安徽體育館，其縱向主索跨度72m，橫向加勁構(gòu)件是跨度54m的鋼桁架。又如上海楊浦區(qū)體育館，為54m×45m矩形平面。此外，潮州體育館進(jìn)一步將橫向加勁懸索體系由單曲面推向雙曲面，形成了一個(gè)跨度56m的雙曲拋物面屋蓋。
進(jìn)入21世紀(jì)以來，索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了令人矚目的進(jìn)展。原本溯源于日本的張弦結(jié)構(gòu)在中國(guó)得到了迅猛發(fā)展,成為索結(jié)構(gòu)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。張弦結(jié)構(gòu)是由剛度較大的剛性構(gòu)件和柔性索通過撐桿連接而組成，由于索的參與，大大地增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體剛度。張弦結(jié)構(gòu)可按單向、雙向或空間布置成型，以適應(yīng)不同形狀的平面。最早用于大跨度的單向張弦桁架是上海浦東機(jī)場(chǎng)一期航站樓，跨度82.6m。其后又在不少體育館、展覽館上采用，跨度最大的是位于山東東營(yíng)的黃河口模型試驗(yàn)大廳，達(dá)到了148m。另外，中國(guó)近年來開始新建高速鐵路，為此建造了大量的火車站，其車站大廳和站臺(tái)雨棚也采用了數(shù)量可觀的張弦桁架，特別是站臺(tái)雨棚避免了立柱，改善了建筑效果和使用功能，例如新廣州站，采用了跨度40～68m的張弦拱，覆蓋面積達(dá)20萬m2。張弦桁架還向雙向發(fā)展，2008年北京奧運(yùn)會(huì)國(guó)家體育館的比賽區(qū)上覆蓋144.5m×114m的雙向張弦桁架。張弦結(jié)構(gòu)向空間發(fā)展，就形成張弦網(wǎng)殼，近年來在體育館中得到廣泛應(yīng)用。其中跨度在80～120m的就有北京奧運(yùn)會(huì)羽毛球館（圖4）、常州體育館、濟(jì)南奧體中心體育館等。這些工程把柔性的索和剛性的網(wǎng)殼完美地結(jié)合在一起,和一般網(wǎng)殼相比，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大大提高，而桿件內(nèi)力可降低到原來的1/3。
圖4 北京奧運(yùn)會(huì)羽毛球館張弦網(wǎng)殼
近年來索結(jié)構(gòu)也被廣泛應(yīng)用于玻璃幕墻，作為承受水平荷載的主要承重構(gòu)件，大多采用平面索網(wǎng)或索桁架。纖細(xì)的鋼索也滿足了建筑立面通透的要求。這些索結(jié)構(gòu)的跨度可能不大，一般在10～20m，但每個(gè)工程中的幕墻面積往往會(huì)達(dá)到數(shù)千平方米。如北京新保利大廈的玻璃幕墻，高90m,寬58m,采用雙向單層索（圖5）。又如重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2航站樓，周圍玻璃幕墻以索網(wǎng)支承，總面積達(dá)10萬m2。由于玻璃幕墻使用量很大，所消耗的鋼索總量實(shí)際上已經(jīng)超過了所有的屋蓋的索結(jié)構(gòu)用量。
圖5 北京新保利大廈玻璃幕墻
膜結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支承膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將膜面繃緊，從而形成一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。中國(guó)膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展起步較晚，體育建筑可以說是膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用的突破口。1997年在上海舉行的第七屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)，膜結(jié)構(gòu)被用在八萬人體育場(chǎng)（圖6）的看臺(tái)挑篷，總面積達(dá)36 100m2。當(dāng)時(shí)，膜結(jié)構(gòu)的材料、設(shè)計(jì)和工程安裝得到了國(guó)外有關(guān)單位的協(xié)助，但這是中國(guó)第一次將膜結(jié)構(gòu)用在大面積的永久性建筑上，具有深遠(yuǎn)的影響［4-5］。
圖6 上海八萬人體育場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)
青島頤中體育場(chǎng)是中國(guó)第一個(gè)靠自己力量設(shè)計(jì)與施工的大型體育場(chǎng)，外包尺寸為266m×180m，可容納6萬觀眾。懸挑40m的屋蓋是一個(gè)包括膜、索和鋼支撐結(jié)構(gòu)的張拉體系，整個(gè)屋蓋有70個(gè)錐形索膜單元組成，總面積為30000m2。從中國(guó)膜結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程來看，主要是通過引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與管理，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，其后膜結(jié)構(gòu)就成為覆蓋主體育場(chǎng)的優(yōu)選方案［6］。在大城市中應(yīng)用主要有上海（虹口區(qū)體育足球場(chǎng)）、武漢、鄭州和廣州，在中小城市中應(yīng)用的有煙臺(tái)、威海和蕪湖。2006年佛山世紀(jì)蓮體育場(chǎng)首先采用了索系支承式膜結(jié)構(gòu)，圓環(huán)外徑達(dá)310m，內(nèi)環(huán)為125m，膜覆蓋面積53400m2，均居國(guó)內(nèi)首位；2010年舉辦的上海世博會(huì)，也可稱為膜結(jié)構(gòu)的博覽會(huì)，其中至少有16個(gè)建筑，主要是展覽館，采用了各種膜財(cái)作為屋蓋和外墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)墻隔斷、頂棚甚至藝術(shù)雕塑。作為交通樞紐的長(zhǎng)達(dá)一公里的“世博軸”大道,覆蓋了最大長(zhǎng)度為840m、最大寬度為97m的整體張拉式膜結(jié)構(gòu)，屋蓋通過索系由大道兩側(cè)的桅桿和6個(gè)“太陽谷“網(wǎng)殼支承。在世博會(huì)的建筑中，日本館的膜結(jié)構(gòu)很有特點(diǎn)，它橢圓形平面面積雖然不大，只有八千多平方米，但覆蓋整個(gè)建筑的膜結(jié)構(gòu)是涂覆TiO2的ETFE氣囊，是全世界首次在氣囊中設(shè)置了太陽能光電池，可以發(fā)電，用來在夜間照明。由此可見，上海世博會(huì)充分展示了膜結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與良好發(fā)展前景。
中國(guó)早期膜結(jié)構(gòu)所采用的膜材主要有兩種涂層織物沿用了多年，即P類（在聚酯纖維織物基材表面涂覆聚合物連續(xù)層并附加面層，PVC）以及G類（在玻纖織物基材表面涂覆聚合物連續(xù)層，PTFE）。2008年北京奧運(yùn)會(huì)的國(guó)家游泳中心又開始采用E類膜材，即由乙烯和四氯乙烯共聚物制成的ETFE薄膜。國(guó)家游泳中心外形為尺寸177m×177m×31m的立方體，其外墻和屋面結(jié)構(gòu)全部由異形空間剛接網(wǎng)架構(gòu)成，網(wǎng)架內(nèi)外均按照多邊形網(wǎng)格的外形鋪設(shè)透明的ETFE充氣枕，賦予整個(gè)建筑以晶瑩剔透的外表，故稱之為“水立方”（圖7），覆蓋的面積總和達(dá)30萬m2。其后在一些文體建筑中也不斷采用，如大連體育中心，面積為65 000m2；天津華僑城生態(tài)歡樂島水館，面積為37 500m2。
圖7北京奧運(yùn)會(huì)國(guó)家游泳中心（水立方）
中國(guó)最早建成的膜結(jié)構(gòu)就是以空氣支承的，跨度在30多米，后來用得不多。自20世紀(jì)80年代，北美曾陸續(xù)建造了10座跨度在200m左右的空氣支承式膜結(jié)構(gòu)，其中有幾座先后因雨雪侵襲發(fā)生了破裂與坍塌事故，以致在改建時(shí)都放棄了膜結(jié)構(gòu)，使人們對(duì)空氣支承式膜結(jié)構(gòu)的前途也產(chǎn)生了懷疑。然后自2015年以來，這種膜結(jié)構(gòu)因在中國(guó)得到了大量應(yīng)用而獲得重生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 2016年中國(guó)建成的膜結(jié)構(gòu)建筑就有88座，2017年也有61座，展開面積每年都有50多萬平方米，其應(yīng)用領(lǐng)域主要是體育建筑，如北京高爾夫球體育館，長(zhǎng)×寬×高為 100m×60m×21m，北京朝陽公園網(wǎng)球館，長(zhǎng)×寬×高為109m×39m×13m。另外還有倉儲(chǔ)建筑，如神華巴彥淖爾儲(chǔ)煤棚，長(zhǎng)×寬×高為410m×110m×42m，是世界上最大的氣膜結(jié)構(gòu)。
成就與發(fā)展
七十年來，中國(guó)空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍和尺度都不斷在更新和擴(kuò)大，在各種文娛體育、交通運(yùn)輸和工業(yè)建筑中無不見到形式各異的空間結(jié)構(gòu)，特別是近幾年來，還被用在環(huán)境保護(hù)的設(shè)施上［7］。中國(guó)每年所建的空間結(jié)構(gòu)，不論是數(shù)量、跨度和面積都是全球領(lǐng)先的。2019年建造的北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓（圖8）由中央大廳和5條指廊組成，屋頂投影面積達(dá)35萬m2，主要采用斜交斜放網(wǎng)架，最大跨度125m，最大懸挑47m。該工程被譽(yù)稱為世界新的七大奇跡之一。21世紀(jì)以來，出現(xiàn)了以膜材圍護(hù)建筑物立面，以索結(jié)構(gòu)支承玻璃幕墻的形式，表明空間結(jié)構(gòu)已由橫向跨度跨越發(fā)展到圍護(hù)豎向高度，開創(chuàng)了應(yīng)用的新天地。
圖8 北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)
中國(guó)空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用從開始就是同理論研究同步發(fā)展的。一種新的結(jié)構(gòu)體系往往是通過理論研究或?qū)⒃囼?yàn)成果應(yīng)用到工程中去，繼而從實(shí)踐中產(chǎn)生的問題又對(duì)科研提出了新課題，不斷形成一個(gè)良性循環(huán)［2］。在新結(jié)構(gòu)的研究初期，研究?jī)?nèi)容偏重于靜力作用下的結(jié)構(gòu)性狀和分析方法，特別是一些簡(jiǎn)化計(jì)算以滿足設(shè)計(jì)的要求。然而，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的興起使空間結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)大為改觀，研究維度從靜力拓展到動(dòng)力，從線性拓展到非線性。與此同時(shí)，一些基礎(chǔ)性的理論研究也有進(jìn)展，如結(jié)構(gòu)形體的設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化（結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)）、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗沖擊性能、基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)風(fēng)荷載特性以及大跨度的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等。
中國(guó)在空間結(jié)構(gòu)的施工過程中，采用了多種多樣的安裝方法并創(chuàng)造了一系列具有中國(guó)特色的安裝技術(shù)，在這方面的發(fā)展突出，具有較高水平。例如早期的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工就曾多次成功地采用高空滑移法；空間結(jié)構(gòu)在地面制作和拼裝操作方便，不需要設(shè)置拼裝架便可進(jìn)行整體安裝,大量減少了高空作業(yè)，有利于保證工程質(zhì)量。早期上海文化廣場(chǎng)、上海體育館比賽館、江蘇體育館等大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝中曾采用過“就地拼裝、采用扒桿整體吊裝、高空移位”的方法。整體安裝的另一條途徑是采用頂升或提升的方法，使屋蓋平面位置在升起過程中保持不變，避免了高空移位這一工序，所采用的機(jī)具是一般常用的各種千斤頂。整體頂升曾首先用于建筑科學(xué)研究院禮堂的圓柱面薄殼施工，之后也曾普遍用于機(jī)庫網(wǎng)架的施工，其中跨度最大的是北京首都機(jī)場(chǎng)的A380機(jī)庫（圖9），176m雙跨，鋼網(wǎng)架總質(zhì)量10 000t，一次提升到39.8m高度就位。近年來，滑移法也得到更新，如大唐王灘電廠干煤棚采用張弦拱形桁架，跨度202m，鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量3 700t,在地面上采用累積滑移法施工。
圖9北京首都機(jī)場(chǎng)A380機(jī)庫網(wǎng)架提升
此外，更值得關(guān)注的是，空間結(jié)構(gòu)在中國(guó)得到發(fā)展的重要原因之一是制定了一整套的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程總結(jié)了中國(guó)在設(shè)計(jì)與施工方面的經(jīng)驗(yàn)以及科研成果，成為實(shí)際工作的指導(dǎo)性文件［4］。參加編制工作的不但有設(shè)計(jì)和施工部門，還有不少科研單位和高等學(xué)校，這些單位往往還是主編單位。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的核心是空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、索和膜的“技術(shù)規(guī)程”，其主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)和施工，成為實(shí)施這些工程的基礎(chǔ)文件。在材料方面，膜結(jié)構(gòu)有專門的膜材標(biāo)準(zhǔn)；在節(jié)點(diǎn)和零部件方面，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有各種球節(jié)點(diǎn)和連接零部件標(biāo)準(zhǔn)，索結(jié)構(gòu)也有索具標(biāo)準(zhǔn)；在質(zhì)量檢驗(yàn)方面，膜結(jié)構(gòu)有工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程。
中國(guó)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展還得到組織上的保障。早在1982年，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁與結(jié)構(gòu)分會(huì)下成立了空間結(jié)構(gòu)委員會(huì)，開展了各種學(xué)術(shù)活動(dòng)。1993年中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)下又成立了空間結(jié)構(gòu)分會(huì)，其主要成員是空間結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)企業(yè)，但也有不少高等學(xué)校和科研院所，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)、學(xué)、研的完美結(jié)合。由于空間結(jié)構(gòu)分會(huì)具有強(qiáng)大科技開發(fā)能力，因而能從事于標(biāo)準(zhǔn)編制、技術(shù)人員培訓(xùn)、書刊編寫等工作，這樣的科技進(jìn)步型行業(yè)組織在國(guó)際上也是少有的。特別值得提出的是，分會(huì)在行業(yè)管理方面也主動(dòng)向國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)靠攏，減輕對(duì)政府行政手段的依賴，采用非強(qiáng)制性的社會(huì)認(rèn)可，例如在膜結(jié)構(gòu)企業(yè)的資質(zhì)管理上就成功地實(shí)現(xiàn)了等級(jí)會(huì)員制度。
結(jié)語
從發(fā)展歷程來看，中國(guó)的空間結(jié)構(gòu)已取得了巨大進(jìn)步，但距離空間結(jié)構(gòu)強(qiáng)國(guó)還有差距。所采用的材料，如鋼鐵、鋁合金、膜材基本上屬于引進(jìn)或模仿，一些重大工程往往是國(guó)外建筑師的建筑方案，國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)單位只是做施工圖。目前我國(guó)還沒有開發(fā)出新的空間結(jié)構(gòu)體系能夠在工程中推廣應(yīng)用，施工安裝也缺少創(chuàng)新。此外，還時(shí)而會(huì)出現(xiàn)造型丑陋、造價(jià)昂貴、材料消耗巨大的工程。但是，無論如何，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的前提下，建設(shè)事業(yè)肯定將持續(xù)向前邁進(jìn)，未來必將是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，中國(guó)大地必將出現(xiàn)更加美好強(qiáng)大的空間結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介
藍(lán)天
中國(guó)建筑科學(xué)研究院研究員
簡(jiǎn)
介
藍(lán)天，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所研究員，我國(guó)著名空間結(jié)構(gòu)專家。中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)空間結(jié)構(gòu)分會(huì)名譽(yù)主任委員。 他長(zhǎng)期從事大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究與工程實(shí)踐，致力于網(wǎng)架、懸索與膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與開發(fā)。曾參加與主持多項(xiàng)科研項(xiàng)目，如國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“張拉結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析、外形設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究”，建設(shè)部科研項(xiàng)目“懸索與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)的研究”，國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目課題專題項(xiàng)目“新型預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)體系及其形態(tài)分析理論的研究”等。曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二項(xiàng)。2006年被國(guó)際薄殼及空間結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)(IASS)授予榮譽(yù)會(huì)員。此外還先后主持和參與6本有關(guān)網(wǎng)架、網(wǎng)殼與膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)的編制與修訂，在國(guó)內(nèi)外先后出版六項(xiàng)專著(或譯著)并發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。
