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中國空間結(jié)構(gòu)七十年成就與展望

作者: 來源: 發(fā)布時間:2020年04月23日


2019年,偉大的中華人民共和國成立七十周年。在這七十年間,中國的各項建設事業(yè)都取得了輝煌的成就,建筑結(jié)構(gòu)也得到了飛躍發(fā)展。其中特別值得一提的是空間結(jié)構(gòu), 21世紀以來,中國空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模,呈現(xiàn)一片蓬勃向上的景象,它從無到有,迅猛成長,如今已躋身于世界先進的行列,受到世人的矚目。在一些重大工程建設項目中都能看到中國空間結(jié)構(gòu)前進的腳步,設計和施工都達到相當高的水平。與此同時,空間結(jié)構(gòu)的理論研究也同步發(fā)展,成為土木建筑學科中最為活躍的學術(shù)領域之一。在中華人民共和國成立七十周年之際,撫今追昔,回顧中國空間結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程,檢閱其在科技方面的重大進展,并借此機會總結(jié)所取得的經(jīng)驗,具有重大意義。

 

薄殼與折板

 

中國在空間結(jié)構(gòu)方面應用最早的當屬薄殼結(jié)構(gòu)。從20世紀50年代開始就對薄殼結(jié)構(gòu)開展了大量的理論研究工作,也有一些工程實踐,特別是一些大跨度屋蓋,例如新疆某機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)。為了改進施工流程,曾嘗試過采用預制裝配的方法,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。又如無錫某試驗大廳的54m直徑圓球殼,采用了梯形預制殼板,利用架設在殼板上的臨時拼裝架,由外向內(nèi)逐圈進行安裝。雖然有了這些改進,但是薄殼結(jié)構(gòu)施工難的問題還是沒有得到徹底解決,從而導致其難以推廣,然而,這也標志著薄殼結(jié)構(gòu)已在中國空間結(jié)構(gòu)領域萌芽[1]。

 

在1960~1990年期間,曾經(jīng)廣泛采用過V形預應力折板結(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應力,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行一時,跨度最大達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用。

 

空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

 

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

 

中國網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展一開始就和體育館建設息息相關(guān)。20世紀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動會新建了13個體育館。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)常應用于諸如會堂、影劇院、展覽館、車站、碼頭、候機大廳等公共建筑。西安秦俑博物館新建的二號館,其建筑平面依照俑坑遺址的輪廓設計成L形,屋蓋由大小兩個網(wǎng)架組成,均采用兩向正交正放形式,大網(wǎng)架的平面尺寸達到了96m。在早期的鐵道建設中,不少火車站都采用了網(wǎng)架結(jié)構(gòu),最早的如長沙火車站,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)還用于飛機庫。作為飛機庫來說,建筑物的一邊需要敞開以便設置機庫大門,同時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。一開始各地的飛機庫都采用了跨度50m左右的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),隨著大型飛機的投入運行以及操作上便利,都要求機庫向更大的跨度方向發(fā)展。1990年北京首都機場的四機位機庫,雙跨跨度達到153m,進深90m。斜放四角錐網(wǎng)架設計為三層,采用圓鋼管與焊接空心球節(jié)點。屋蓋設置了10t多支點懸掛吊車。

 

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備的特點,在工業(yè)廠房中也得到了廣泛的應用。從20世紀80年代以來,網(wǎng)架開始推廣應用在工業(yè)廠房中,其數(shù)量和面積逐年遞增。如1991年長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22萬m2,最大跨度52m,柱距16m,網(wǎng)架下弦分別設有3~10t懸掛吊車。由于工業(yè)廠房面積大、數(shù)量多,在中國的空間網(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

 

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

 

在中國空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的早期,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應用不多,只是在鄭州、煙臺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)點板連接。21世紀以來網(wǎng)殼呈現(xiàn)了急劇發(fā)展的趨勢,便是在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大量發(fā)展的形勢下而產(chǎn)生的[2]。

 

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)首先也是應用在體育建筑中。1990年第十一屆亞洲運動會新建的體育館中就有兩個造型各異的網(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。作為亞運會拳擊比賽館的北京體育學院體育館,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置了格構(gòu)式斜撐。

 

為了召開1996年冬季亞洲運動會,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用,與傳統(tǒng)的剛架或拱相比,其在材料消耗與造價上都有優(yōu)勢。對于儲存松散材料、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,其長度為138m,凈高22.5m。這種網(wǎng)殼在全國數(shù)十個發(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

 

中國網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應用已達到了相當大的規(guī)模,以跨度來說,2004年建成的北京國家大劇院(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,體型居全國之冠。以面積來說,北京首都機場3號航站樓就有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 北京國家大劇院

 

鋁合金結(jié)構(gòu)

 

中國的空間結(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,其密度只有鋼材的1/3,抗拉強度可達300MPa。一般不需做表面處理即可達到建筑防腐要求,適用于高溫高濕、海邊及重度污染環(huán)境。自20世紀50年代以來,歐美發(fā)達國家開始研究在建筑結(jié)構(gòu)中應用鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu),我國在1997年就引進了中國第一個鋁合金穹頂體育建筑——上海國際體操中心,其采用直徑68m的單層球面網(wǎng)殼[3]。進入21世紀以來,我國研發(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。所有構(gòu)配件都是工廠標準化生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配,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、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)

 

中國對索結(jié)構(gòu)的研究起步比較早,1958年起一些科研機構(gòu)就開始對圓形單層及雙層懸索、傘形懸索及鞍形索網(wǎng)等不同形式進行了理論計算、模型試驗與施工方法等方面的研究。當時在大跨度體育建筑中曾推廣應用了這種新結(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,施工時采用在屋面上超加荷的方法對鋼索預加應力,經(jīng)過灌縫后的屋面板與鋼索形成整體,具有很好的剛度。

 

中國還研究與開發(fā)了一些具有特點的新型懸索體系。如一種預應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。通過對桁架端部支座下壓產(chǎn)生強迫位移,在索內(nèi)產(chǎn)生了預應力,這樣桁架起到加勁作用,增強了屋蓋的剛度。這種懸索體系曾分別應用在安徽體育館,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,形成了一個跨度56m的雙曲拋物面屋蓋。

 

進入21世紀以來,索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了令人矚目的進展。原本溯源于日本的張弦結(jié)構(gòu)在中國得到了迅猛發(fā)展,成為索結(jié)構(gòu)應用的重要領域。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場一期航站樓,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的黃河口模型試驗大廳,達到了148m。另外,中國近年來開始新建高速鐵路,為此建造了大量的火車站,其車站大廳和站臺雨棚也采用了數(shù)量可觀的張弦桁架,特別是站臺雨棚避免了立柱,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20萬m2。張弦桁架還向雙向發(fā)展,2008年北京奧運會國家體育館的比賽區(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用。其中跨度在80~120m的就有北京奧運會羽毛球館(圖4)、常州體育館、濟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 北京奧運會羽毛球館張弦網(wǎng)殼

 

近年來索結(jié)構(gòu)也被廣泛應用于玻璃幕墻,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,但每個工程中的幕墻面積往往會達到數(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)。又如重慶江北國際機場T2航站樓,周圍玻璃幕墻以索網(wǎng)支承,總面積達10萬m2。由于玻璃幕墻使用量很大,所消耗的鋼索總量實際上已經(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)應用的突破口。1997年在上海舉行的第七屆全國運動會,膜結(jié)構(gòu)被用在八萬人體育場(圖6)的看臺挑篷,總面積達36 100m2。當時,膜結(jié)構(gòu)的材料、設計和工程安裝得到了國外有關(guān)單位的協(xié)助,但這是中國第一次將膜結(jié)構(gòu)用在大面積的永久性建筑上,具有深遠的影響[4-5]。

 

圖6  上海八萬人體育場膜結(jié)構(gòu)

 

青島頤中體育場是中國第一個靠自己力量設計與施工的大型體育場,外包尺寸為266m×180m,可容納6萬觀眾。懸挑40m的屋蓋是一個包括膜、索和鋼支撐結(jié)構(gòu)的張拉體系,整個屋蓋有70個錐形索膜單元組成,總面積為30000m2。從中國膜結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程來看,主要是通過引進國外先進技術(shù)與管理,實現(xiàn)了跨越式發(fā)展,其后膜結(jié)構(gòu)就成為覆蓋主體育場的優(yōu)選方案[6]。在大城市中應用主要有上海(虹口區(qū)體育足球場)、武漢、鄭州和廣州,在中小城市中應用的有煙臺、威海和蕪湖。2006年佛山世紀蓮體育場首先采用了索系支承式膜結(jié)構(gòu),圓環(huán)外徑達310m,內(nèi)環(huán)為125m,膜覆蓋面積53400m2,均居國內(nèi)首位;2010年舉辦的上海世博會,也可稱為膜結(jié)構(gòu)的博覽會,其中至少有16個建筑,主要是展覽館,采用了各種膜財作為屋蓋和外墻的圍護結(jié)構(gòu)、內(nèi)墻隔斷、頂棚甚至藝術(shù)雕塑。作為交通樞紐的長達一公里的“世博軸”大道,覆蓋了最大長度為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“太陽谷“網(wǎng)殼支承。在世博會的建筑中,日本館的膜結(jié)構(gòu)很有特點,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,上海世博會充分展示了膜結(jié)構(gòu)在建筑領域的廣泛應用與良好發(fā)展前景。

 

中國早期膜結(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年北京奧運會的國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)格的外形鋪設透明的ETFE充氣枕,賦予整個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北京奧運會國家游泳中心(水立方)

 

中國最早建成的膜結(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,以致在改建時都放棄了膜結(jié)構(gòu),使人們對空氣支承式膜結(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)因在中國得到了大量應用而獲得重生。據(jù)不完全統(tǒng)計, 2016年中國建成的膜結(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,其應用領域主要是體育建筑,如北京高爾夫球體育館,長×寬×高為 100m×60m×21m,北京朝陽公園網(wǎng)球館,長×寬×高為109m×39m×13m。另外還有倉儲建筑,如神華巴彥淖爾儲煤棚,長×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,中國空間結(jié)構(gòu)的應用范圍和尺度都不斷在更新和擴大,在各種文娛體育、交通運輸和工業(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)境保護的設施上[7]。中國每年所建的空間結(jié)構(gòu),不論是數(shù)量、跨度和面積都是全球領先的。2019年建造的北京大興國際機場航站樓(圖8)由中央大廳和5條指廊組成,屋頂投影面積達35萬m2,主要采用斜交斜放網(wǎng)架,最大跨度125m,最大懸挑47m。該工程被譽稱為世界新的七大奇跡之一。21世紀以來,出現(xiàn)了以膜材圍護建筑物立面,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)展到圍護豎向高度,開創(chuàng)了應用的新天地。

 

圖8 北京大興國際機場航站樓空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

 

中國空間結(jié)構(gòu)的應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囼灣晒麘玫焦こ讨腥?,繼而從實踐中產(chǎn)生的問題又對科研提出了新課題,不斷形成一個良性循環(huán)[2]。在新結(jié)構(gòu)的研究初期,研究內(nèi)容偏重于靜力作用下的結(jié)構(gòu)性狀和分析方法,特別是一些簡化計算以滿足設計的要求。然而,現(xiàn)代計算機的興起使空間結(jié)構(gòu)的分析和設計大為改觀,研究維度從靜力拓展到動力,從線性拓展到非線性。與此同時,一些基礎性的理論研究也有進展,如結(jié)構(gòu)形體的設計理論與優(yōu)化(結(jié)構(gòu)形態(tài)學)、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)風荷載特性以及大跨度的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等。

 

中國在空間結(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,不需要設置拼裝架便可進行整體安裝,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、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研究院禮堂的圓柱面薄殼施工,之后也曾普遍用于機庫網(wǎng)架的施工,其中跨度最大的是北京首都機場的A380機庫(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北京首都機場A380機庫網(wǎng)架提升

 

此外,更值得關(guān)注的是,空間結(jié)構(gòu)在中國得到發(fā)展的重要原因之一是制定了一整套的標準規(guī)程,這些標準規(guī)程總結(jié)了中國在設計與施工方面的經(jīng)驗以及科研成果,成為實際工作的指導性文件[4]。參加編制工作的不但有設計和施工部門,還有不少科研單位和高等學校,這些單位往往還是主編單位。這些標準規(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)容包括設計和施工,成為實施這些工程的基礎文件。在材料方面,膜結(jié)構(gòu)有專門的膜材標準;在節(jié)點和零部件方面,空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有各種球節(jié)點和連接零部件標準,索結(jié)構(gòu)也有索具標準;在質(zhì)量檢驗方面,膜結(jié)構(gòu)有工程施工質(zhì)量驗收規(guī)程。

 

中國空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展還得到組織上的保障。早在1982年,中國土木工程學會橋梁與結(jié)構(gòu)分會下成立了空間結(jié)構(gòu)委員會,開展了各種學術(shù)活動。1993年中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會下又成立了空間結(jié)構(gòu)分會,其主要成員是空間結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)企業(yè),但也有不少高等學校和科研院所,實現(xiàn)了產(chǎn)、學、研的完美結(jié)合。由于空間結(jié)構(gòu)分會具有強大科技開發(fā)能力,因而能從事于標準編制、技術(shù)人員培訓、書刊編寫等工作,這樣的科技進步型行業(yè)組織在國際上也是少有的。特別值得提出的是,分會在行業(yè)管理方面也主動向國際先進經(jīng)驗靠攏,減輕對政府行政手段的依賴,采用非強制性的社會認可,例如在膜結(jié)構(gòu)企業(yè)的資質(zhì)管理上就成功地實現(xiàn)了等級會員制度。

 

結(jié)語

 

從發(fā)展歷程來看,中國的空間結(jié)構(gòu)已取得了巨大進步,但距離空間結(jié)構(gòu)強國還有差距。所采用的材料,如鋼鐵、鋁合金、膜材基本上屬于引進或模仿,一些重大工程往往是國外建筑師的建筑方案,國內(nèi)的設計單位只是做施工圖。目前我國還沒有開發(fā)出新的空間結(jié)構(gòu)體系能夠在工程中推廣應用,施工安裝也缺少創(chuàng)新。此外,還時而會出現(xiàn)造型丑陋、造價昂貴、材料消耗巨大的工程。但是,無論如何,在中國經(jīng)濟不斷發(fā)展的前提下,建設事業(yè)肯定將持續(xù)向前邁進,未來必將是機遇與挑戰(zhàn)并存,中國大地必將出現(xiàn)更加美好強大的空間結(jié)構(gòu)。

 

參考文獻

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作者簡介

藍天

中國建筑科學研究院研究員

 


藍天,中國建筑科學研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所研究員,我國著名空間結(jié)構(gòu)專家。中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會空間結(jié)構(gòu)分會名譽主任委員。 他長期從事大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究與工程實踐,致力于網(wǎng)架、懸索與膜結(jié)構(gòu)的應用與開發(fā)。曾參加與主持多項科研項目,如國家自然科學基金項目“張拉結(jié)構(gòu)的計算分析、外形設計與試驗研究”,建設部科研項目“懸索與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應用關(guān)鍵技術(shù)的研究”,國家自然科學基金重大項目課題專題項目“新型預應力張拉結(jié)構(gòu)體系及其形態(tài)分析理論的研究”等。曾獲國家科技進步二等獎一項,省部級科技進步獎二項。2006年被國際薄殼及空間結(jié)構(gòu)學會(IASS)授予榮譽會員。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)程與標準的編制與修訂,在國內(nèi)外先后出版六項專著(或譯著)并發(fā)表學術(shù)論文60余篇。 

 

本文刊登于《建筑結(jié)構(gòu)》2019年第19期,題為《中國空間結(jié)構(gòu)七十年成就與展望》,作者:藍天,單位:中國建筑科學研究院 研究員。敬請查閱!

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