空间结构在工程中的应用摘要：随着科技的日新月异的发展，空间结构在工程中的应用也越来越多，占着很重要的位置。

空间结构指结构构件三向受力的大跨度的，中间不放柱子，用特殊结构解决的叫做空间结构。

有以下五种类型：网架结构、悬索结构、壳体结构、管桁架结构、膜结构。

下面让我们看一看空间结构在工程中的应用。

关键词：空间结构；应用；发展1、研究空间结构在工程中的应用的意义1.1空间结构在国内外科技创新发展概况和最新发展趋势当今国际新型空间结构发展的热点当属张拉整体结构体系、膜结构、玻璃采光顶钢网壳等轻型体系。

1.1.1张拉体结构体系1962年美国著名建筑大师R.B.Fuller提出张拉整体概念，并创造了Tensegrity 一词。

Fuller将此形象地定义为使压杆成为拉杆海洋中的孤岛。

1984年美国D．H．Geiger利用此概念构造了连续受拉索和不连续的压杆组成的预应力空间结构索穹顶，1988年用于汉城奥运会体育场馆与击剑馆以来，世界上已建索穹项十余幢。

美M．ELevy和T．EJing设计的1996年亚特兰大奥运会主场馆，平面尺寸240×192m，更是得到了世界各国的瞩目。

IASS--2004大会共有20多篇与此相关的论文。

主要研究开拓新的结构型式、结构体系的判定、找型分析的运动学和静力学方法、预应力模态和优化设计、温度效应分析、稳定问题、施工成形技术全过程分析等。

IASS委员会执委法国R．Morro经过十年研究，于2003年出版了索穹顶的专著，认为该类体系为结构的未来；2002年日本K．Kawaquchi等在Chiba建造了一对张拉整体框架，上有薄膜屋面，用以研究温度变化对结构的影响。

1.1.2 模结构膜结构以其造型千姿百态、施工安装快速、自重轻、透明度较好等优点受到建筑界的青睐，近十余年来在国内外得到较迅速发展。

IASS--2004大会就有12位教授应大会邀请作了“膜结构在中国的发展与现状”的报告。

在世纪交接之际，在英国伦敦格林尼治半岛出现的直径365米的千年穹顶，在12根100m高的钢桅杆悬吊中更显得挺拔雄伟，夜光中甚是光彩夺目；2003年巴西在露天剧院上建造了两个不对称的柔性边界的锥形膜屋盖结构，长70m、宽50m 为巴西最大的柔性边界膜结构。

还有法国里昂机场候机楼，采用骨架式膜结构，投产快、使用效果良好，半年内即收回成本，甚得业主的欢迎。

以及罗马体育场，白色的雕塑群与白色膜屋盖相伴，令人意气风发、耳目一新。

1.1.3玻璃采光顶与玻璃结构现今空间结构向透明与轻型两方向发展，很自然玻璃材料更吸引建筑师的目光。

室内采光的渠道不仅是从门窗和玻璃幕墙，现已进一步发展到在大跨房屋上采用玻璃采光顶。

有关玻璃的应用分为两类，一是玻璃作为非承重构件的屋面、幕墙等，另一是玻璃直接用作承重结构材料。

当今主要是作为覆盖材料有了较多的应用，有关其结构支撑体系有不少问题正在研究。

1998年建成的德国柏林DZ银行以其大曲率的玻璃采光顶而闻名。

值得重点提及的是随团重点考察的正在施工的意大利米兰新博览会工程，被称为目前欧洲规模最大和建造最快的建筑。

整个博览会工程占地120公顷，建筑面积53万平方米，施工周期仅30个月。

共8个展览馆，6个单层(240×160m)、2个双层(240×120m)。

端部飘扬着高39m的海洋波帆，展览馆中央通道上为1200×32m的波浪帆。

整个工程如乘风波浪、汹涌澎湃、雄伟壮观，显示了玻璃采光顶钢网壳空间结构的风采；2002年建成的柏林LehrterBahnhof铁路车站，也引人注意。

玻璃作为结构材料问题已有少量研究探索。

1998年曾作过玻璃拱，现有德国L¨Blandini，W．Sobek设计建造了直径8．5m的玻璃穹顶，厚度仅10mm,是成功的尝试。

有关其材料力学特性、节点、支座等系列问题尚有待于研究，前景如何尚无定论。

1.2空间结构的应用对社会发展的作用空间结构建筑的发展推动了社会的发展，它大大地改变了人们的生活场所，为人们的生活带来了很大的改变，是我们不可或缺的一部分。

2、空间结构的研究内容2.1具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题当今国际空间结构科研的焦点当属抗震分析及动力稳定性、结构控制、抗风设计、结构损伤识别。

以上四方面均属于大跨空间科技前沿课题，为国外关注的焦点与难点。

2.1.1 抗麓分析硬动力稳定性弹性阶段抗震分析：有关抗震分析现研究较多的是多维地震输入、动力分析中结构阻尼的取值、上部结构与支承体系共同工作等问题。

日本建筑学会于2003年专门组织了结构阻尼比评定委员会，对205幢多高层建筑进行阻尼比实测，其中钢结构137栋，钢与混凝土组合结构43栋，混凝土结构25栋，系统分析了个各参数影响，给出了阻尼比简化计算公式。

虽然没有包括大跨结构，但钢结构的结果可以参考。

日本Y．Taniguchi用1．8X2．1m的双层柱面网壳模型对有薄膜屋面与无屋面覆盖两种情况的阻尼比进行了对比。

日本T．Kumaqai等以单层球面网壳为例，研究了单维输入与水平竖向同时多维输入阶跃荷载的动力响应时程的区别，得出了需对网壳进行多维分析的结论。

弹塑性性能及动力稳定性：对于结构的弹塑性性能及动力稳定性等集中在强震作用下弹塑性响应及动力稳定性。

在强烈地震作用下，大跨空间结构的弹塑性分析现处于初始研究阶段。

主要研究弹塑性分析方法、内力位移响应规律、在强震下结构的变形能力与耗能能力、破坏机理、可能的动力失稳破坏。

后者主要研究动力稳定性的判别方法，空间结构动力稳定性的临界荷载等问题。

2.1.2 结构摄动控翻。

结构振动控制虽可追溯到百年之前已出现的基础隔震，但现代结构控制理论的提出与建立仅是近30余年的事，至今结构控制仍处于研究阶段。

意大利GC．Giuliani对国际结构振动控制研究现状作了综述。

除了被动控制有一定应用外，其他主动控制、半主动控制、混合控制均仅属于起步阶段，国外仅有少数几个实例。

大跨空间结构虽然受力性能好，在一些地震中经历了考验(如日本阪神大地震中网壳结构)，但由于作为公共建筑更广泛的社会影响，进行振动控制更显得必要。

由于空间结构自由度甚多、频率密集、往往是高阶振型对动力响应贡献较大，空间受力特性明显，因此如何对大跨空间结构进行有于效的振动控制是当今国际研究焦点之一，更是处于初始起步期。

2.1.3 风致响应分析由于索膜轻型结构对风作用敏感，如何考虑气流与结构的相互作用(流固耦合效应)是空间结构研究难点之一。

对于索膜结构，随着结构变形风荷载明显变化，若仅按经验估计的一个风振系数，显然不符合实际，更不可能涉及气动失稳问题。

现一般在有条件情况下尽量作风洞试验，但大量做试验终究是成本高，难以普及。

近几年提出的数值风洞方法是很有前途的新动向。

现在研究对流固耦合效应正确模拟的计算模型，已在桥梁颤振分析中应用。

英国J．Buton等对几个1：100锥形膜屋盖进行风洞试验，研究了流体与膜结构之间的耦合效应，找出随结构变形风荷载变化情况，并与数值风洞分析结果相比较。

意大利GBartoli等对希腊Piraeaus靠海的新奥林匹克足球场屋盖进行了边界层风洞。

该屋盖有14个悬臂钢格构支承，跨度33m。

试验研究了各方向的来风的影响，找出空气动力系数平均值、标准差、最大最小值，并在时域中进行动力响应分析，研究了可能引起的共振作用。

2.1.4 结构损伤识别虽然该学科已有几十年研究历史，但由于结构的离散性、实测及理论上的难度，虽已有一些理论分析方法和研究成果，但至今尚还没有公认的较简单实用方法。

所以仍属于科技前沿课题。

近年各国更感到进行工程结构损伤识别的重要性，如美国联邦高速公路行署报告中指出美国有42％公路桥有大小不同的损伤，为预防破坏需要限制车辆载重、通行量和维修。

此外亦有些房屋建筑破坏的实例。

因此结构损伤识别更成为国际科研焦点之一。

对结构损伤识别必定基于实测数据的基础上。

在静力响应数据和动力响应数据两类中，由于前者对实际建筑加至同样数量级的荷载的困难及测得数据的局限性等缺陷，现国际上均倾向于基于动力测试的结构识别。

基于动力测试数据基础上的结构损伤识别方面，现研究较多的是集中在基于传统数学的动力特性参数分析法和基于神经网络的智能化信息处理系统。

西班牙A．Samartin采用动力测试数据，基于频率、振型、刚度变化，针对金属壳板结构与混凝土结构两类体系，提出了结构损伤识别方法。

第一类体系按三级识别，即影响结构安全度的裂缝、局部裂缝和影响耐久性的表面裂缝。

第二类混凝土结构由于材料不匀质、有细小裂缝时其频率与振型等特征参数的变化难以在实测中反映出来，所以难度更大。

2.2 空间结构的创新刚柔性组合空间结构是空间结构的一个重大创新。

由刚性基本单元和柔性基本单元组成(也可称杂交构成)的空间结构可称为刚柔性组合空间结构，它可充分发挥刚性与柔性建筑材料不同的特点和优势，构成合理的结构式．因此，刚柔性组合空间结构是今后、特别是现代空间结构发展的一个重要趋向。

2.2.1 由板壳单元(为主)和索单元组成的刚柔性组合空间结构。

现只有一种具体结构形式，即悬挂薄壳。

单向单层悬索在挂混凝土屋面小板的同时另加适量超载，灌缝形成整体后，再把超载卸去，即可构成预应力悬挂薄壳结构．对鞍形索网结构，在挂板、灌缝后可对承重索施加预应力，也可构成悬挂薄壳结构。

2.2.2 由杆单元(为主)与索单元组成的刚柔性组合空间结构，有四种具体结构形式预应力网架(壳)：通常在网架下弦的下方、双层网壳的周边设置裸露的预应力索，以改善结构的内力分布，降低内力峰值，提高结构刚度，可节省用钢量。

1994年建成的六边形平面对角线长93．6m清远体育馆采用六块组合型双层扭网壳，在相邻六支座处采用了六道预应力索。

1995年建成的缺角八边74．8m×74．8m 攀枝花体育馆，采用双层球面网壳，在相邻八支座处设置八榀平面桁架，其下弦选用了预应力索。

采用预应力网架(壳)比非预应力网架(壳)可节省钢材用量约25％。

斜拉网架(壳)：在网架、双层网壳的上弦之上，设置多道斜拉索，相当于在结构顶部增加了支点，减小结构的跨度，提高刚度．而且斜拉索尚可施加预应力，改善结构内力分布，节省钢材耗量．二十世纪八九十年代斜拉网架(壳)在我国已开始获得推广应用．代表性的工程有：1993年建成的新加坡港务局仓库采用4幢120mX 96m六塔柱、2幢96m×70rn四塔柱斜拉网架。

1995年建成的山西太旧高速公路旧关收费站采用14m×65m独塔式斜拉双层。

2000年建成的杭州黄龙体育馆中心体育馆，采用月牙形50m×244m双塔柱斜拉双层网壳。

张弦立体桁架：以立体桁架替代张弦梁的上弦梁便构成张弦立体桁架。