土耳其圣索非亚教堂， 建于公元537年， 跨度32m
意大利佛罗伦萨圣玛丽亚 教堂，建于公元1420年， 跨度42m
英国伦敦圣保罗大教堂， 建于公元1710年， 跨度33m
意大利罗马大教堂， 建于公元1593年， 跨度42m
2. 钢筋混凝土薄壳结构的出现和发展
1824年：英国人阿士普丁发明混凝土制作法 1856年：英国人贝斯麦首次用转炉炼钢成功，钢材开始用 于建筑结构 1886年：德国人冠农通过圆拱与平板荷载实验确定了钢筋 受拉、混凝土受压的钢筋混凝土理论 1892年：法国人亨奈比克用圆钢筋埋入混凝土作整体梁板 结构，随即钢筋混凝土开始广泛应用于房屋建筑 1892年：A.E.H.Love考虑径向剪力与弯矩的理论为壳体结 构理论的发展打下了基础
永久性膜结构的产生：
在大阪世博会，盖格公司成功地向世人推出气承式膜结构的新设计技 术，而受到建筑工程界一致认可后，又面临所使用的膜材料问题。这 种膜材只有7年— 8年的寿命，在太阳紫外线及风、雨的交互作用下， 膜布会变得硬脆、破裂，而失去结构性能。 正在此时，美国福特基金会下属的教育设施实验室给盖格公司一笔资 金，用来开发此种永久性的建筑膜。 在盖格公司领导下，同美国的杜邦公司、康宁玻纤公司等五家共同开 发永久性的结构膜。 产品很顺利地就制成了，化纤公司将康宁公司提供的玻璃纤维，先集 成线再织成布纱，经过矽胶浸泡，先制成水密坯布，再多次快速放入特 氟隆溶液中，使坯布两面皆有均匀的特氟隆涂层，永久性的PTFE膜正式 诞生。 经过加速气候实验，其物理稳定性确定后，盖格公司又设计各种结构 配件及确定设计程序，以建造不同性质的膜结构。
Tokyo Dome
日本东京后乐园棒球馆 Span Structure Completion 201m Air-inflated membrane structure 1988
采用双层膜构造并采用了先进的自动控制技术：中央计算机可自动监测风 速、雪压、室内气压、膜和索的变形和内力，并自动选择最佳方式来控制 室内气压和消除积雪，从而保证了膜结构的安全与正常使用，但由于运行 费用昂贵，经营者几乎不堪重负
1993年建成，平面尺寸305m×67m，由17个连成一排的双支帐篷膜单元屋顶 覆盖，屋顶采用双层PTFE膜材，中间间隔600mm，保证大厅内温暖舒适，并 且不受飞机噪音影响，利用直径1m的充气软管解决膜屋顶与幕墙之间产生 相对位移时的连接构造问题
沙特阿拉伯哈吉国际航空港： 1981年建成，由两组各五排210个锥形膜单元组成， 单元平面尺寸45m×45m，覆盖总面积达57公顷
膜结构的商业化: 1960年间：德国斯图加特大学的弗赖·奥托创立了预应力膜结构 理论，并同帐篷制造厂商合作，完成了一些张拉膜结构，开创了 膜结构商业化的先河 1970年：日本大阪万国博览会，膜结构集中展示并引起广泛关注
1970年大阪博览会日本富士馆
日本川口卫设计，由16根直径5m，长78m的拱形气肋围成，气肋间每 隔5m用宽500mm的水平系带环箍在一起
国际壳体与空间结构协会IASS (The International Association for Shell and Spatial Structures)创始人托罗哈： 最佳结构有赖于其自身受力之形体，而非材料潜在之强度 “实现建筑工业技术最伟大的现代天才”、“全能设计师”美国科学家巴克斯 特·富勒： 自然——总是建造最经济的结构
直径65cm，长10m的钢管组成三角形网格
我国网格结构的发展历程：
我国网格结构的发展规模在全世界位居前列，目前网格结构每年约有 1500座工程，覆盖面积约250万m2 ，近几年达到800万m2 ——网架王国
4. 悬索结构的发展
世界上最早的现代悬索结构： 美国北卡罗莱那州雷里（Releigh)体育馆，1953年建成 采用以两个斜置的抛物线拱为边缘构件的双曲预应力索网结构
阿尔及利亚预应力球形水塔
钢筋混凝土折板结构： 用平面模板代替曲面模板，用折线代替曲线，由薄平板以 一定角度相互整体联结而成
折板结构的形式 折板结构的优点： 折线形横截面大大增加了结构空间刚度 既能做梁受弯，又能做拱受压 便于预制和施工
12000
武钢外国专家招待所文娱室
3. 空间网格结构的兴起
20世纪60年代以来： 焊接连接技术的日益成熟 高强钢材的出现 电算技术突飞猛进 空间网格结构： 由杆件按一定规律组成的网格状高次超静定空间杆系结构 分为两种：平板网架结构、曲面网壳结构 空间网格结构飞速发展
我国悬索结构、薄膜结构的应用情况：
悬索结构的设计计算理论相对复杂，缺乏商品化的实用计算程序 施工单位对悬索结构的施工不熟悉，没有形成专业的悬索结构施工队伍
5. 薄膜结构的发展
膜结构的起源： 1917年：英国人兰彻斯特建议利用新发明的电力鼓风机 将膜布吹胀，作野战医院，并申请了专利 1956年：华特·贝尔德为美国军方做了一个直径 15m圆形充气 的雷达罩，可以保护雷达不受气候侵袭，又可让电波无阻的通 过，从而使相隔了多年的专利付诸实施 1956年以后：美国一共建立了约50多家膜结构公司，制造各 种膜产品，用做体育设施、展览场、设备仓库、轻工业厂房 等，但多因设计不周全，或制作粗糙，或是业主维护不当，以 致造成许多不幸事件，大多数的工厂亦因之倒闭
第一部分 空间结构论
Introductions of Spatial Structures 一、空间结构的概念和发展 二、空间结构的分类方法
一、空间结构的概念和发展
国际《空间结构》前主编马考夫斯基（Z.S.Makowski）： 在20世纪60年代空间结构还被认为是一种兴趣但仍属陌生的 非传统结构，然而今天已被全世界广泛接受 平面结构：承受的荷载及由此产生的内力、变形都可被考虑 为二维的，即处于同一个平面内 空间结构：具有不宜分解为平面结构体系的三维形体，具有 三维受力特性，在荷载作用下呈空间工作状态，即荷载、内 力、变形必须被考虑为三维的
空间结构的优点：
受力合理、结构刚度大、重量轻、用钢量低 形式丰富、生动活泼、突出结构美而且富有艺术表现力
英国伦敦千年穹顶 Millennium Dome 跨度： 建成： 365m 1999年
用钢量：20kg/m2
空间结构的发展历史： 1. 空间结构的早期形式——砖石穹顶
跨度约30—40m 厚度与跨度之比约1/10 自重较大 意大利罗马万神庙， 建于公元124年， 跨度43m
1970年日本大阪博览会美国馆
1968年，美国纽约的建筑师布罗迪和哥伦比亚的大卫·盖格教授合力争取到了日本 椭圆形充气膜结构，139m×78m的无柱大厅，屋面仅用32根沿对角线交叉布 大阪世界博览会美国馆的设计权。原先的经费2500万美元，被一再消减到250万 置的钢索与膜布所覆盖，由鼓风机向封闭的室内送风加压，出入口采用气 美元，此设计组承受了无比的挑战，在穷则变，变则通的情况下，将基地挖一大 闸或气幕防止泄压，室内比室外高0.0025个大气压 坑，将废土堆在四周，筑成围墙，其上浇注一混凝土压力环，将钢索网固定在环 上，再将膜布固定在钢索网上，加以充气，就做成了9290m2的展览馆，整个工程 只用不到10个月完成
堪萨斯城的建筑师约翰·西弗率先使用此产品，在加州的拉维恩建了 一座学生活动中心，另外，几平同时即1973年在圣太·克罗拉的加州 分校建了一座气承游泳馆（活动屋顶）及学生活动中心，从此永久性 膜结构便正式在美国风行。
拉维恩学院学生活动中心
膜结构的材料：
（1）充气膜结构
Silver Dome
美国庞提亚克银色穹顶 Country City Span Construction Completion U.S.A. Pontiac 220x168m Air-inflated membrane 1975
世界最大充气膜结构的纪录保持到1983年
充气膜结构的优势：
跨中不需任何支撑，适用于跨度超过70m的大跨度体育设施 建造直径达2000m的充气膜结构也是可能的
充气膜结构存在的问题：
气压自动控制系统和融雪热风系统性能不稳定造成膜面局部 下瘪甚至塌陷，运行及维护费用较高 美国自1985年后建造大跨度建筑时再也没有采用，但日本在 1988年东京后乐园棒球馆中仍选择了充气膜结构
薄壳结构的曲面形式
Leipzig Market 莱比锡大市场
Country City Span Construction Completion
Germany Leipzig 76m Reinforced concrete 1928
Span King Dome 美国西雅图金郡体育馆 Construction
大跨度空间结构
Large-span Spatial Structures
万红霞
土木工程与建筑学院 土木工程系
参考书：
《大跨空间结构》，完海鹰，黄炳生主编，中国建筑工业出版 社，2000 《空间结构》，张文福主编，科学出版社，2005 《空间结构》，杜文风，张慧主编，中国电力出版社，2008 《空间格构结构设计》，钱若军，杨联萍等编著，东南大学出 版社，2007
空间网格结构： 空间刚度大，整体性强 杆件与节点标准化，可以准确地加工、定位， 适合于工业化生产
“神州第一蛋”——镇江巨蛋网壳结构
高48米、直径38米、斜度23.5度的巨型不锈钢网壳结构
世界上最大的单层网壳结构：日本明古屋体育馆 单层球面网壳，直径187m， 1997年建成
美国华盛顿杜勒斯机场侯机厅： 单层悬索体系 通常需配合重屋面使用，以保证初始形状的相对稳定性， 索端需要强大的抗拉支承体系
瑞典斯德哥尔摩约翰尼绍夫滑雪场： 双层悬索体系（索桁架） 由下凹的承重索和曲率相反的稳定索组成，两索之间 用拉索或撑杆联系，施加预应力以后形成
北京工人体育馆：
车辐式双层悬索体系，1961年建成， 直径94m，钢筋混凝土外环梁支承在48 根圆柱上，辐射布置上下索各144根， 至今仍然是我国最大的悬索结构