采用薄壳结构的建筑

篇一：薄壳结构

薄壳结构受力特点及天津博物馆案例分析

班级：土木N073 学号：2007456791432 姓名：周峰

近几年来，建筑师又在蛋壳的启示下，设计了小到自行车棚大到现代化的大型薄壳结构的建筑物。这种建筑物既坚固又节省材料。我国北京火车站大厅房顶就是采用这种薄壳结构，屋顶那么薄，跨度那么大，整个大厅显得格外宽敞明亮，舒适美观。举世闻名的悉尼歌剧院也是一座典型而新颖的薄壳建筑。

薄壳结构 壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。

1．筒壳（柱面薄壳）：是单向有曲率的薄壳，由壳身、侧边缘构件和横隔组成。横隔间的距离为壳体的跨度l↓1，侧边构件间距离为壳体的波长l↓2。当l↓1／l↓2≥1时为长壳，l↓1／l↓22＜1为短壳。 2．圆顶薄壳：是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度做得很薄，一般为曲率半径的1／600，跨度可以很大。支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。 3．双曲扁壳（微弯平板）：一抛物线沿另一正交的抛物线平移形成的曲面，其顶点处矢高f与底面短边边长之比不应超过1／5。双曲扁壳由壳身及周边四个横隔组成，横隔为带拉杆的拱或变高度的梁。适用于覆盖跨度为20～50米的方形或矩形平面（其长短边之比不宜超过2）的建筑物。 4．双曲抛物面壳：一竖向抛物线（母线）沿另一凸向与之相反的抛物线（导线）平行移动所形成的曲面。此种曲面与水平面截交的曲线为双曲线，故称为双曲抛物面壳。工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型，因薄壳结构容易制作，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，所以应用较为广泛。 蛋壳就是利用了薄壳结构原理，由于这种结构的拱形曲面可以抵消外力的作用，结构更加坚固。龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。

在天津市中心区友谊路银河公园旁，一座酷似“白天鹅”的建筑，昂首挺立，展翅欲飞。这就是我国北方唯一的仿生薄壳式建筑——天津博物馆。天津博物馆坐落于天津市河西区友

谊路与平江道交口的银河广场，占地面积5万平方米，总建筑面积3.5万平方米，总投资32711万元，拥有1.1万平方米的现代化展厅和功能齐全的文化休闲设施。其建筑外形为自湖面展翅飞翔的天鹅，线条流畅简洁，极富时代感与艺术性，颇具特色。网壳的直径为２００米，高３２米，整个博物馆可容纳１２，０００人，今春即将开放。天津博物馆是一座集文物收藏、保护、研究、教育及休闲、旅游于一体，囊括天津历史、馆藏文物及民间艺术品陈列等众多内容的综合性博物馆。其设计建造不仅外观造型独特美观，更在于其建筑结构上的创新及先进的功能、合理的布局等。

天津博物馆是由著名的日本川口卫构造设计事务所设计的。 天津博物馆代表21世纪中华民族的腾飞，于是联想到展翅飞翔的天鹅，因此，天津博物馆的建设预示着中国，特别是天津在新世纪的腾飞和快速发展。 从建筑造价上则充分考虑了结构的合理性和可实施性，以表现天鹅腾飞的翼部大跨度网壳体结构，实现了用最少的材料建造最大的使用空间的思想。这种大跨度网壳体结构已经非常成熟，能够很轻松地高精度完成整个结构的设计和施工，具有极强的可实施性。

天津博物馆运用现代浪漫主义的思维观点，引用仿生原理，以极具震撼力的创作手法，成就了一座昂首挺立、展翅腾飞的“白天鹅”造型建筑，赋予城市景观以生命活力，从而使

天津博物馆的外观与周围环境优美和谐的融为一体，成为天津重要的文化标志性建筑

俯瞰下的天津博物馆

馆内的结构

篇二：浅谈薄壳结构

浅谈薄壳结构

摘 要：简单介绍了壳体结构的起源与发展，以及在现代建筑当中的使用情况，着重介绍了薄壳结构的主要类型，同时对薄壳结构未来应用的发展做一定阐述。

现代空间结构的出现，应该从20世纪初期兴建的钢筋混凝土薄壳算起，这主要归功于先进建筑材料——钢铁与混凝土的诞生。第二次世界大战之后，百废待兴，使空间结构走向蓬勃发展的康庄大道。

1 薄壳结构的起源与发展

薄壳建筑是早在20世纪20年代就在世界上开始发展起来的一种壳状结构, 像大自然里我们常见到的一种形态如贝壳, 各种坚果, 以及一些动物的甲壳, 它们的壳体外形不仅美观且有一定的承受力, 这种形态给予建筑结构的变化创新很大的启示, 推动了建筑业的发展。

壳体屋盖的发展可以追溯到古代，主要用于宗教建筑。罗马万神殿建于约公元120年～124年，其半球形穹顶利用天然火山灰为主要原材料建成，直径达43.3m，壳体厚度自下向顶逐渐减小以减轻结构的自重，壳顶最薄，厚约1.2 m，万神殿的跨度记录直到20世纪才被打破。位于伊斯坦布尔的圣索菲亚大教堂、建于文艺复兴时期的罗马圣彼得大教堂、建于约300年前的伦敦圣保罗大教堂等。这些结构的建成充分体现了其设计者和建造者的智慧与技巧，但应该说只有在结构力学发展以后，伴随着工业时代的开始，人们才开始对薄壳结构有了真正合理的认识。1922年建成的德国耶拿蔡司天文馆，25 m直径的半球形穹顶通常被认为是第一个真正意义上的现代混凝土壳屋盖，其厚度仅6cm。 二十世纪五六十年代是混凝土薄壳屋盖的黄金时期。意大利著名工程师1950年设计了都灵展览厅73 m×94m薄壳屋盖，整个屋盖由波形预制单元装配而成，预制单元板厚度小于2 in。新中国成立以后，我国也陆续建成了一些各种类型的钢筋混凝土薄壳屋盖，比较有代表性的工程有: 采用双曲扁壳的北京火车站候车大厅(35m×35m，1958年)、北京体育馆网球馆(42m×42m，1960年) 等。 薄壳结构不但可以减轻自重，节约钢材、水泥，而且造型新颖流畅。但是，曲面壳体的显著的缺点是：模版制作复杂，不能重复利用，耗费木材，大跨度结构在高空进行浇筑和吊装也耗工时。美国根赛特人的分析表明，薄壳结构造价的60%耗费在施工成本上，因而影响了薄壳结构的应用。于是，用平面模版代替曲面模版，用折现代替曲线，由薄平板以一定角度相互整体连结而成的折板结构应运而生。

折板结构可认为是薄壳结构的一种，它是由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系。我国常用为预应力混凝土V形折板，具有制作简单、安装方便与节省材料等优点，最大跨

度可达24m。折板结构的折现形状横截面，大大增加了空间结构刚度，既能做梁受弯，又能作拱受压，且便于预制，因而得到广泛的发展。近年来在园林建筑中运用尤为广泛，在我国园林建筑中也起到不容忽视的作用, 深受园林建筑师的重视。以薄壳结构在我国园林建筑中的应用所取得的成就意义来看主要有三个方面: 1) 在园林建筑中应用新材料代替了木材、砖、石; 2)在结构上趋于计算更合理的利用空间; 3) 适用于形态多样的造型, 结构稳定强度大, 能塑造大型空间建筑, 节省物力、财力。这些薄壳结构所具有的优越性在园林建筑应用发展中具有十分重要的意义。

2 薄壳结构的主要分类

2.1 旋转面对称壳体

旋转面对称壳体由一母线绕一固定轴线旋转生成。

A. 壳体支撑底平面的形状主要有: a. 圆形; b. 矩形; c. 三角形; d. 正多边形等。

B. 壳体表面母线的形状主要有: a. 直线; b. 圆弧线; c. 抛物线; d. 椭圆线; e. 双曲线等。

其支撑面形状以及母线的形状有多种不同的组合( 见图1-图3)。

图1 圆柱面 图2 二次锥面

图3 单叶双曲面 图4 双曲面扁壳

2.2 移动面壳体

由一直线或曲线作为母线, 在空间沿着一对作为基准线的直线或曲线移动而生成, 主要有以下

几种:

A. 双曲面扁壳。抛物线母线AEB沿着抛物线基准线AFD,BKC 移动而生成(见图4)。为了施工方便, 有用圆弧线代替抛物线, 也有用旋转对称的扁球壳截切后的壳体代替。

B. 圆柱面壳。由直线EF 作为母线, 沿AEB 与DFC 半圆弧基准线移动而形成的。这种结构形式的建筑易施工, 造价低廉, 常用于大跨度的建筑(见图5)。

图5 圆柱面壳 图6 直线母线沿直线与曲线二基准移动形成的壳体 圆柱面壳体的变体: 横断面的形状由圆柱面壳体与平面组合而成。平面既作为一个支撑面, 又多作采光之用, 是园林建筑中常采用的结构, 这种结构通过变化组合可以有多种用途, 一方面降低了造价, 一方面又解决了大跨度空间的采光等问题。

C. 直线母线沿直线与曲线二基准移动而形成的壳体, 每一个单独壳体如横向连接, 就可组合成一个庞大的建筑空间( 见图6)。母线AB, 基准线EF如也采用曲线, 则产生其变体, 能抗更大的外力。

D. 双曲抛物面壳体(马鞍面) (见图

7)

图7 双曲抛物面壳体 图8 波形壳体

E.波形壳体: 母线为波浪形曲线, 二基准线为正高斯曲率曲线( 见图8) 。

2.3 组合式壳体

A. 圆柱面壳体沿对角线切开后重组(见图9)。

B. 双曲抛物面切割重组( 见图10)。

图9 圆柱面壳体沿对角线切开后重组示意图 图10 双曲抛物面切割重组示意图

3 薄壳结构所采用的材料

从经济上考虑, 优先考虑采用钢筋混凝土作为材料, 为改进其抗裂性能差的缺点, 可采用钢丝网加高标号水泥砂浆作粘结剂, 使其达到较高的力学性能, 由此还可减少壳体的厚度。如进一步采用现代材料科学的成果, 使用高强度钢丝或其他高强度纤维组织物, 并在水泥中添加高分子聚合物, 其性能尚可进一步提高。采用薄钢板作为薄壳结构材料或用玻璃钢材料, 这些材料的各项力学性能好, 而且耐大气的侵蚀, 外形呈多种曲面的壳体, 以弥补材料弹性模量的不足。

4 薄壳结构的工程实例

例1 北京火车站屋面双曲抛物面薄壳（图11）

图11 北京火车站屋面双曲抛物面薄壳

例2——高雄圣保罗教堂反曲薄壳屋顶（图12）

图12 高雄圣保罗教堂反曲薄壳屋顶

例3——福州长乐国际机场折板结构（图13）

篇三：薄壳结构

薄壳结构随想

首先想对坚持使用薄壳结构完成自己设计方案的建筑方案的建筑师表示莫大的敬佩，倘若要说明理由，陡增的计算与参数化工作和漫长工期内所需要承受的质疑都可以算在内。薄壳结构于近现代为建筑造型插上了想象力的翅膀，而真正服务于建筑师内心丰富构思的应当要算1848年钢筋混凝土的发明及其后于建筑领域的广泛应用、涉及构件的工业化生产、高强度轻质建材的出现和计算机技术包括辅助设计的迅猛发展。

薄壳结构时常为人所称道的其中一项原因是它能同时担任建筑的围护结构和承重结构，在大跨度间达到无立柱的要求。在前端所列诸多技术革新与产业革新发生以前，要将使得薄壳结构满足兼任两项结构功能几如天方夜谭。因此，早期的薄壳结构并不存在代表性的建筑，而常常是以建筑某处的穹顶等方式出现，如中世纪的一些教堂屋顶和钢筋混凝土诞生后，德国CaZIZeiss公司的天文馆屋顶（1922）。之所以如此，是因为要达成薄壳结构相对于其他结构体系的优势，必须进行十分繁杂的受力分析过程。这也是由它本身的受力情况所决定的。

薄壳结构按定义是曲面厚度远小于跨度的一种结构，它以内部仅承受薄膜内力而受到推崇。这点我们可以由梁板结构产生联想：单向板和双向板区别在传力机制，使得单向板只有两边支承承担主要荷载，而浪费板本身的弯曲性能。壳体则是在双向板的基础上形成曲面，双向板希望更好地利用板材的弯曲能力，而壳体则希望荷载传播路径沿曲面切线方向，使得材料的抗压性能得到充分的利用，而一般材料的抗弯性能要次于抗压性能。也就是说，只要达成了以上理想的壳体受力，就能保证在使用更少材料的情况下达成相同的承受荷载要求，同时拥有出色的刚度。

而需要满足的壳体要求是严苛的：1、曲面曲率变化连续；2、壳体厚度渐变；3、承受荷载为连续分布；4、荷载边缘支座以曲面切向方向提供反例约束壳体。前两点对设计和施工提出了较高要求，设计时的建模自不必说，施工时为达到连续的曲面需要大量模板，且一种

所能应用的领域缩小，共

同压缩了它在建筑领域

的生存能力，最终导致了

它淡出历史舞台，当下使

用量急剧减少的现状。第

四点提到的切线方向反力支承，可以罗马小体育宫（1960）为例，工程师奈尔维为上部的壳体四周布设了36根Y形斜柱，这些斜向支承将由薄膜内力形式传递来的表面荷载导向地面的环向约束。由此我们可以看出，为了达到有效的环向约束效应，必然需要大量这样的斜柱帮助提供反力；同时，由于壳体结构需要周边的支撑结构共同作用，使得原本密闭的壳体下

方能采用高透光率的结构，提升建筑的开放感，壳体也常会于顶部中心出开孔增加透光位，

可以说优劣各半。

而真正的薄壳建筑的风潮则发生在战后，当时的建筑界依然保持着对新兴材料的强烈好奇和对结构形式大胆尝试的精神，同时注重功能的风尚使得壳体于对不同环境下的适用性问题被缩小。1952年由墨西哥大学设计建设的宇宙射线实验室创造性地仅使用1.6cm厚的薄壳，这样满足了宇宙射线穿透的要求，恐怕只能薄壳结构能担此重任。更为知名的则是悉尼歌剧院（1973），它建设的前期工作早在1953年便开始，而直到20年后歌剧院方落成足见建筑难度之大，而其中一点就是采用的壳体不规则，最终采用抛物线圆拱拼合的方式实际上也改变了原先的设计，使得原本的薄壳建筑有了更多拱受力的形式。代代木国立室内综合体育馆（丹下健三，1964）并非一个单纯的薄壳建筑，它同时使用了大量悬索机制，而屋面的薄壳使得体育馆的形态可追溯至日本古代神社等传统建筑形式，由此达成了建筑和历史的结合，继而成为日本建筑史上另一道分水岭。

随着人们对建筑要求的提高，薄壳建筑的缺点变得再难忽略，譬如薄壳内部没有足够的空间铺设保温隔热材料，它大跨度无立柱的优势也逐渐因网架，空间桁架的崛起而淡化。

薄壳建筑的风潮确实已经结束，但在可见的未来随着技术的更新与建设方法上的提高，这种，这种极富创造力的结构必将兴起。目前它仍在新近建设的体育馆、音乐厅等公共场所中延续着生命，其对贝类动物的仿生使得它在建筑声学上独具特色。以下则是笔者搜罗到的新近壳体建筑，大多兼具文化内涵与使用价值：

篇四：薄壳结构 仿生建筑

薄壳结构——仿生建筑

在浩瀚无垠的大海里，孕育了种类繁多，形态各异的海洋贝类，有的呈陀螺状、有的呈圆锥状、有的呈宝塔状、还有的呈圆盘状；千姿百态，令人称奇。

自然界生物的神奇来自于亿万年的选择进化、优胜劣汰。 贝壳的形貌包含着许多的几何曲线，这些曲线不仅丰富了数学家的研究视野，也启迪了建筑学家的设计思想，成为现代建筑设计模仿的重要目标。

图片2张：

一个像晨曦中的青蛤，一个似夜幕中的海螺，很漂亮吧？！ 这就是仿生建筑：它是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为研究对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构以及功能布局的高效设计和合理形成。从某个意义上说，仿生建筑也是绿色建筑。为什么这么说呢？

因为这类建筑有一个共同的特点，那就是：它们都属于薄壳结构。

(转载于:www.smhaida.com 海 达 范 文网:采用薄壳结构的建筑)

大家都知道：一个人握住一个鸡蛋使劲地捏，无论怎样用力也不能把鸡蛋捏碎。

薄薄的鸡蛋壳之所以能承受这么大的压力，是因为它能够把受到的压力均匀地分散到蛋壳的各个部分。

生物界的各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳等都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构”。这种“薄壳结构”的表面虽然很薄，但非常耐压。

壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以很小的厚度承受很大的重量。这就是“薄壳结构”的特点。

薄壳结构分为球壳、筒壳、扁壳和扭壳这四种主要结构类型。

一、球壳 二、筒壳

三、扁壳 四、扭壳

大跨度建筑中的壳体结构共同特点在于通过发挥结构的空间作用，把垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，再传递给支座，弥补了板、壳等薄壁构件的面外薄弱性质，以比较轻的结构自重和较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度。

那么壳体结构有哪些优点呢？

一、重量：薄壳结构自体重量轻，这使得其结构的安全性、抗自然灾害的能力大为增强。

二、外观：薄壳结构拥有比普通钢结构更大的跨度及表现力。结构顶部及墙板可采用阳光板、耐力板、玻璃、彩板及传统建筑材料等。

三、造价：薄壳结构，在相同的面积及跨度之下价格更低，为普通结构建筑成本的60％～80％。

四、时间：薄壳结构拥有比普通钢结构更快的建造速度。

薄壳结构的应用与发展 ：

薄壳结构在建筑工程中早已得到广泛应用。上世纪由日本建筑大师丹下健三设计的代代木体育馆被誉为划时代的作品。其外观曲线流畅、轻快、形态动人，活像一只巨大的海螺

中国的大跨度薄壳结构仿生建筑也很多，大家都非常熟悉的国家大剧院就是其中之一。

篇五：薄壳结构在工程中的应用

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。2002年建成的广州国际会展览中心，便采用了跨度为126．6m张弦立体桁架。2008年建成的奥运会国家体育馆采用114m×144m双向正交的张弦桁架(平面桁架)结构。

预应力装配弓式结构：早年这种弓式结构曾用于小型机库。1994年建成了45m跨度的北京钓鱼台国宾馆室内网球场弓形屋盖，其中段在纵向可开启。

2005年建成了北京温都水城72m跨度嬉水乐园，局部屋盖也可开放．这种预应力装配弓式结构特别适用于可装拆的临时性仓库建筑和舞台建筑，曾建成 跨度达130m构筑物，施工安装方便。

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