2.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)
由多根桿件按照某種規(guī)律的幾何圖形通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)的空間結(jié)構(gòu)稱之為網(wǎng)格結(jié)構(gòu),其中雙層或多層平板形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)或網(wǎng)架。它通常是采用鋼管或型鋼材料制作而成。主要形式包括：（1）平面桁架系組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(2) 四角錐體組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(3) 三角錐組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；(4) 六角錐體組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是空間工作,傳力途徑簡(jiǎn)捷；重量輕、剛度大、抗震性能好；施工安裝簡(jiǎn)便；網(wǎng)架桿件和節(jié)點(diǎn)便于定型化、商品化、可在工廠中成批生產(chǎn),有利于提高生產(chǎn)效率；網(wǎng)架的平面布置靈活,屋蓋平整,有利于吊頂、安裝管道和設(shè)備；網(wǎng)架的建筑造型輕巧、美觀、大方,便于建筑處理和裝飾。
2.2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)
曲面形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),有單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼之分。網(wǎng)殼的用材主要有鋼網(wǎng)殼、木網(wǎng)殼、鋼筋混凝土網(wǎng)殼等。結(jié)構(gòu)形式主要有球面網(wǎng)殼、雙曲面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼、雙曲拋物面網(wǎng)殼等。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的主要特性，桿件比較單一,受力比較合理；結(jié)構(gòu)的剛度大、跨越能力大；可以用小型構(gòu)件組裝成大型空間,小型構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)可以在工廠預(yù)制；安裝簡(jiǎn)便,不需大型機(jī)具設(shè)備,綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好；造型豐富多彩,不論是建筑平面還是空間曲面外形,都可根據(jù)創(chuàng)作要求任意選取。
2.3 膜結(jié)構(gòu)
薄膜結(jié)構(gòu)也稱為織物結(jié)構(gòu),是20 世紀(jì)中葉發(fā)展起來(lái)的一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)形式。它以性能優(yōu)良的柔軟織物為材料,由膜內(nèi)空氣壓力支承膜面,或利用柔性鋼索或剛性支承結(jié)構(gòu)使膜產(chǎn)生一定的預(yù)張力,從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結(jié)構(gòu)體系。主要結(jié)構(gòu)形式有空氣支承膜結(jié)構(gòu)、張拉式膜結(jié)構(gòu)、骨架支承膜結(jié)構(gòu)等。
膜結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是自重輕、跨度大；建筑造型自由豐富；施工方便；具有良好的經(jīng)濟(jì)性和較高的安全性；透光性和自結(jié)性好；耐久性較差。
2.4 懸索結(jié)構(gòu)
懸索結(jié)構(gòu)是以能受拉的索作為基本承重構(gòu)件,并將索按照一定規(guī)律布置所構(gòu)成的一類結(jié)構(gòu)體系,懸索屋蓋結(jié)構(gòu)通常由懸索系統(tǒng),屋面系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。結(jié)構(gòu)形式主要包括：?jiǎn)蜗騿螌討宜鹘Y(jié)構(gòu)、輻射式單層懸索結(jié)構(gòu)、雙向單層懸索結(jié)構(gòu)、單向雙層預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)、輻射式預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)、雙向雙層預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。
懸索結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)是僅通過(guò)索的軸向拉伸來(lái)抵抗外荷載的作用,結(jié)構(gòu)中不出現(xiàn)彎距和剪力效應(yīng),可充分利用鋼材的強(qiáng)度；懸索結(jié)構(gòu)形式多樣,布置靈活,并能適應(yīng)多種建筑平面；由于鋼索的自重很小,屋蓋結(jié)構(gòu)較輕,安裝不需要大型起重設(shè)備,但懸索結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)理論與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比,比較復(fù)雜,限制了它的廣泛應(yīng)用。
2.5 薄殼結(jié)構(gòu)
建筑工程中的殼體結(jié)構(gòu)多屬薄殼結(jié)構(gòu)(學(xué)術(shù)上把滿足t/R≤1/20的殼體定義為薄殼)。薄殼結(jié)構(gòu)按曲面形成可分為旋轉(zhuǎn)殼與移動(dòng)殼；按建造材料分為鋼筋混凝土薄殼、磚薄殼、鋼薄殼和復(fù)合材料薄殼等。
殼體結(jié)構(gòu)具有十分良好的承載性能,能以很小的厚度承受相當(dāng)大的荷載。殼體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度主要是利用了其幾何形狀的合理性,以材料直接受壓來(lái)代替彎曲內(nèi)力,從而充分發(fā)揮材料的潛力。因此殼體結(jié)構(gòu)是一種強(qiáng)度高、剛度大、材料省的即經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)形式。
3 大跨空間結(jié)構(gòu)施工的常用方法
3.1 高空原位拼裝法
高空原位拼裝法是指把桿件和節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)位置直接進(jìn)行拼裝，為了保證大跨度空間結(jié)構(gòu)的安全性，結(jié)構(gòu)往往要設(shè)置臨時(shí)支撐來(lái)改善結(jié)構(gòu)的受力性能，等結(jié)構(gòu)安裝完成以后再把臨時(shí)支撐卸載使結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)，設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)使得高空原位拼裝法得到了非常廣泛的應(yīng)用。
高空原位拼裝法是復(fù)雜大跨度空間結(jié)構(gòu)施工安裝的基礎(chǔ)，其他的施工方法都是從此方法演變而來(lái)的。根據(jù)支撐的不同，高空原位拼裝法可以分為全支架安裝法(滿堂紅腳手架法)和胎架安裝法。全支架安裝法就是根據(jù)結(jié)構(gòu)的曲面形狀和高度使用腳手架將結(jié)構(gòu)在空中完成總拼的方法，它適用于高度和跨度都不是很大的“館”類結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是施工靈活、回收利用率高且易于控制坐標(biāo)，缺點(diǎn)是使用腳手架的量比較大，施工過(guò)程中的不安全因素增多，比起后一種胎架安裝法來(lái)說(shuō)偏不安全，但是較為經(jīng)濟(jì)；胎架安裝法是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種類似腳手架的胎架結(jié)構(gòu)作為建筑物的支撐體系來(lái)進(jìn)行安裝。它適用于高度較高、跨度和自重比較大的大跨度空間“場(chǎng)”結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是胎架結(jié)構(gòu)的形式多樣、施工安全以及坐標(biāo)精確，缺點(diǎn)是由于回收利用率不高引起的浪費(fèi)嚴(yán)重。
3.2 滑移就位法
滑移就位法就是指將分區(qū)桿件通過(guò)特定的軌道滑移至設(shè)計(jì)位置再拼接成整體的安裝方法。此種方法適合在施工場(chǎng)地不利的地區(qū)使用，所建造結(jié)構(gòu)的建筑平面也多為規(guī)則的多邊形或開(kāi)口的體育場(chǎng)館。運(yùn)用此方法雖然可以縮短工期，使施工周期大大縮短，但也存在著一些難點(diǎn)，例如如何選取滑移軌道以及如何控制滑移速度等問(wèn)題。
3.3 整體提升安裝法
整體提升安裝法是利用提升設(shè)備將結(jié)構(gòu)提升至預(yù)想位置再進(jìn)行安裝的一種方法，多用在單層或多層網(wǎng)殼的屋蓋結(jié)構(gòu)施工中。此種施工方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以節(jié)省大量的臨時(shí)支撐且工期相對(duì)較短，而相對(duì)應(yīng)的施工難點(diǎn)就是對(duì)提升點(diǎn)的把握以及對(duì)所提升網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力控制。整體提升安裝法是對(duì)空間原位拼裝法的補(bǔ)充，一般與其他幾種方法結(jié)合使用。
3.4 整體張拉法
整體張拉法是利用一定數(shù)目的液壓千斤頂將索同步張拉至合理標(biāo)高的一種施工方法，特別適合應(yīng)用于大型索膜結(jié)構(gòu)安裝。這種施工方法的技術(shù)含量高，科學(xué)性較好，操作方便且易于控制，使工人的工作量和施工成本都有較為顯著的下降，所以在索膜結(jié)構(gòu)的施工中使用這種柔性的施工方法是非常合理和可行的。
3.5 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法是施工新技術(shù)之一，具體方法是先在地面上將結(jié)構(gòu)中間部分網(wǎng)殼進(jìn)行拼裝，提升到一定的高度之后再拼接四周一部分網(wǎng)殼，而后又將拼接好的網(wǎng)殼進(jìn)行提升，如此反復(fù)直至網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)全部拼裝完畢為止。這種施工方法可以節(jié)省大量臨時(shí)支撐并且易于保證施工質(zhì)量，由于大量的拼裝是在地面上進(jìn)行的，所以安全性也是比較好的。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)外擴(kuò)法在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工中得到了越來(lái)越多的重視。
3.6 懸挑安裝法
懸挑安裝法就是先在地面拼接好小塊單元，直接利用起重設(shè)備將此單元吊裝至設(shè)計(jì)位置進(jìn)行拼裝，它適用于小型的、結(jié)構(gòu)形式不是很復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。懸挑安裝法可以減少臨時(shí)支撐的數(shù)目以達(dá)到降低造價(jià)的目的，但是安全性較差，施工質(zhì)量不好保證，可能會(huì)產(chǎn)生較大的次應(yīng)力。由于已安裝構(gòu)件的穩(wěn)定性直接影響后面桿件的安裝，所以要求已安裝的結(jié)構(gòu)單元是幾何不變體、有足夠的剛度且相對(duì)于設(shè)計(jì)位置來(lái)說(shuō)基本沒(méi)有變形，這就要求結(jié)構(gòu)在采用懸挑安裝法施工之前要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，做好防護(hù)措施，消除不利影響。
4 結(jié)語(yǔ)
大跨度空間結(jié)構(gòu)往往是衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)建筑技術(shù)水平的重要標(biāo)志。國(guó)內(nèi)在大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究方面也有近40年的歷史,從網(wǎng)架、網(wǎng)殼到懸索結(jié)構(gòu)都有相當(dāng)數(shù)量的工程應(yīng)用, 建造了一大批體育場(chǎng)館, 如北京亞運(yùn)會(huì)各體育場(chǎng)館、天津市體育館、哈爾濱速滑館、2008 年北京奧運(yùn)主會(huì)場(chǎng)等, 建成了多座大跨度機(jī)庫(kù), 如首都機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)。但是國(guó)內(nèi)的大跨度空間結(jié)構(gòu)與國(guó)外相比還有差距。如跨度仍不大, 懸索結(jié)構(gòu)發(fā)展較慢, 而薄膜結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)等剛剛處于起步階段, 同時(shí)在建筑造型、結(jié)構(gòu)構(gòu)思等方面還比較單調(diào)。在施工技術(shù)方面，雖然常用的施工方法越來(lái)越成熟，但是隨著空間結(jié)構(gòu)的形式越來(lái)越奇特，也迫切地需要一些新的安裝方法來(lái)解決這些難題。
