大跨空间结构的发展

第一篇：大跨空间结构的发展

大跨空间结构的发展--回顾与展望

在这实际的三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。与此同时，无法进行简单分解的真正意义上的空间体系也始终没有停止其自身的发展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现出大

自然的美丽和神奇。空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当跨度增大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系。

近二十余年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”（Superdome），直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；现在这一地位已被1993年建成夏径为222m的日本福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1／3或开启2／3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。70年代以来，由于结构使用织物材料的改进，膜结构或索-膜结构（用索加强的膜结构）获得了发展，美国建造了许多规模很大的气承式索-膜结构；1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，也采用这种结构技术尤为先进，其近似圆形平面的直径为204m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（GeogiaDome，1992年建成）采用新颖的整体张拉式索一膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

由于经济和文化发展的需要，人们还在不断追求覆盖更大的空间，例如有人设想将整个街区、整个广场、甚至整个山谷覆盖起来形成一个可人工控制气候的人聚环境或休闲环境；为了发掘和保护古代陵墓和重要古迹，也有人设想采用超大跨度结构物将其覆盖起来形成封闭的环境。目前某些发达国家正在进行尺度为300m以上的超大跨度空间结构的设计方案探讨。

可以这样说，大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。国际《空间结构》杂志主编马考夫斯基（Z.S.Makowski）说：在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。”从今天来看，大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。例如，早在20年前美国土木工程学会曾组织了为期10年的空间结构研究计划，投入经费1550万美元。同一时期，西德由斯图加特大学主持组织了一个“大跨度空间结构综合研究计划”，每年研究经费100万马克以上。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。国际壳体和空间结构学会（IA）每年定期举行年会和各种学术交流活动，是目前最受欢迎的著名学术团体之一。

我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多，空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化，相应的理论研究和设计技术也逐步完善。以北京亚运会（1990）、哈尔滨冬季亚运会（1996）、上海八运会（1997）的许多体育建筑为代表的一系列大跨空间结构——作为我国建筑科技进步的某种象征在国内外都取得了一定影响。

种种迹象说明，我国虽然尚是一个发展中国家，但由于国大人多，随着国力的不断增强，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛，而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。这是我国空间结构领域面临的巨大机遇。

但与国际先进水平相比，我国大跨空间结构的发展仍存在一定差距。主要表现在结构形式还比较拘谨，较少大胆创新之作，说明新颖的建筑构思与先进的结构创造之间尚缺乏理想的有机结合，尤其是150m以上的超大跨度空间结构的工程实践还比较少；结构类型相对地集中于网架和网壳结构，悬索结构用得比较少，而一些有巨大前景的新颖结构形式如

膜结构和索-膜结构、整体张拉结构、可开合结构等在国外已有不少成功的工程实践，在我国则还处于空白或艰难起步阶段。情况看来是，我国空间结构的发展经过十余年来在较为平坦的草原上的驰骋之后，似乎遇上了一个需要努力跃上的新台阶。这一新台阶包含材料和生产条件等技术问题，也包含尚未很好解决的一些理论问题。为促进我国空间结构进一步的更高层次的发展，有待科技工作者和企业家努力创造条件，以求得这些技术问题和理论问题较快较好地解决。

大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩，习惯上分为如下这些类型：钢筋混凝土薄壳结构；平板网架结构；网壳结构；悬索结构；膜结构和索－膜结构；近年来国外用的较多的“索穹顶”（CableDome)实际上也是一种特殊形式的索－膜结构；混合结构(HybridStructure)，通常是柔性构件和刚性构件的联合应用。

在上述各种空间结构类型中，钢筋混凝土薄壁结构在50年代后期及60年代前期在我国有所发展，当时建造过一些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳，在理论研究方面还投入过许多力量，制定了相应的设计规程。但这种结构类型日前应用较少，主要原因可能是施工比较费时费事。平板网架和网壳结构，还包括一些未能单独归类的特殊形式，如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等，总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快，且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用，可总称为张力结构。这类结构富有发展前景。下面按这两个大类简要介绍我国空间结构的发展状况。

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二、空间网格结构

网壳结构的出现早于平板网架结构。在国外，传统的肋环型穹顶已有一百多年历史，而第一个平板网架是1940年在德国建造的（采用Mero体系）。中国第一批具有现代意义的网壳是在50和60年代建造的，但数量不多。当时柱面网壳大多采用菱形“联方”网格体系，1956年建成的天津体育馆钢网壳（跨度52m）和l961年同济大学建成的钢筋混凝土网壳（跨度40m）可作为典型代表。球面网壳则主要采用助环型体系，1954年建成的重庆人民礼堂半球形穹顶（跨度46.32m）和1967年建成的郑州体育馆圆形钢屋盖（跨度64m）习能是仅有的两个规模较大的球面网壳。自此以后直到80年代初期，网壳结构在我国没有得到进一步的发展。

相对而言自第一个平板网架（上海师范学院球类房，31.5mx40.5m）于1964年建成以来，网架结构一直保持较好发展势头。1967年建成的首都体育馆采用斜放正交网架，其矩形平面尺寸为99mx112m，厚6m，采用型钢构件，高强螺栓连接，用钢指标65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。1973年建成的上海万人体育馆采用圆形平面的三向网架净架110m，厚6m，采用圆钢管构件和焊接空心球结点，用钢指标47kg每平米。当时平板网架在国内还是全新的结构形式，这两个网架规模都比较大，即使从今天来看仍然具有代表性，因而对工程界产生了很大影响。在当时体育馆建设需求的激励下，国内各高校、研究机构和设计部门对这种新结构投入了许多力量，专业的制作和安装企业也逐渐成长，为这种结构的进一步发展打下了较坚实的基础。改革开放以来的十多年里是我国空间结构快速发展的黄金时期而平板网架结构就自然地处于捷足先登的优先地位。甚至80年代后期北京为迎接1990年亚运会兴建的一批体育建筑中，多数仍采用平板网架结构。在这一时期，网架结构的设计已普遍采用计算机，生产技术也获得很大进步，开始广泛采用装配式的螺栓球结点，大大加快了网架的安装。

但事物总是存在两个方面。在平板网架结构一枝独秀地加快发展的同时，随着经济和文化建设需求的扩大和人们对建筑欣赏品位的提高，在设计日益增多的各式各样大跨度建筑时，设计者越来越感觉到结构形式的选择余地有限，无法满足日益发展的对建筑功能和建筑造型多样化的要求。这种现实需求对网壳结构、悬索结构等多种空间结构形式的发展起了良好的刺激作用。由于网壳结构与网架结构的生产条件相同，国内已具备现成的基础，因而从80年代后半期起，当相应的理论储备和设计软件等条件初步完备，网壳结构就开始了在新的条件下的快速发展。建造数量逐年增加，各种形式的网壳，包括球面网壳、柱面网壳、鞍形网壳（或扭网壳）、双曲扁网壳和各种异形网壳，以及上述各种网壳的组合形式均得到了应用；还开发了预应力网受、斜拉网壳（用斜拉索加强网壳）等新的结构体系。近几年来建造了一些规模相当宏大的网壳结构。例如1994年建成的天津体育馆采用肋环斜杆型（Schwedler型）双层球面网壳，其圆形平面净跨108m，周边伸出13.5m，网壳厚度3m，采用圆钢管构件和焊接空心球结点，用钢指标55kg每平米。1995年建成的黑龙江省速滑馆用以覆盖400m速滑跑道，其巨大的双层网壳结构由中央柱面壳部分和两端半球壳部分组成，轮廓尺寸86.2mx191.2m，覆盖面积达15000平米，网壳厚度2.1m，采用圆钢管构件和螺栓球结点，用钢指标50kg每平米。1997年刚建成的长春万人体育馆平面呈桃核形，由肋环型球面网壳切去中央条形部分再拼合而成，体型巨大，如果将外伸支腿计算在内，轮廓尺寸达146mx191.7m，网壳厚度2.8m，其桁架式“网片”的上、下弦和腹杆一律采用方（矩形）钢管，焊接连接，是我国第一个方钢管网壳。这一网壳结构的设计方案是由国外提出的，施工图设计和制作安装由国内完成。

在网壳结构的应用日益扩大的同时，平板网架结构并未停止其自身的发展。这种目前来看已比较简单的结构有它自己广泛的使用范围，跨度不拘大小；而已近几年在一些重要领域扩大了应用范围。例如在机场维修机库方面，广州白云机场80m机库（199年）、成都机场140m机库（1995年）、首都机场2Zmx150m机库（1996年）等大型机库都采用平板网架结构。这些三边支承的平板网架规模巨大，且需承受较重的悬挂荷载，常采用较重型的焊接型钢（或钢管）结构，有时需采用三层网架；其单位面积用钢指标可达到一般公用建筑所用网架的一倍或更多。单层工业厂房也是近几年来平板网架获得迅速发展的一个重要领域。为便于灵活安排生产工艺，厂房的柱网尺寸有日益扩大的趋向，这时平板网架结构就成为十分经济适用的理想结构方案。1991年建成的第一汽车制造厂高尔夫轿车安装车间面积近8万平米（189.2mx421.6m），柱网21mx12m,采用焊接球结点网架，用钢指标31kg每平米。该厂房是目前世界上面积最大的平板网架结构。1992年建成的天津无缝钢管厂加工车间面积为6万平米（108mx564m），柱网36mx18m,采用螺栓球结点网架，用钢指标32kg每平米，与传统的平面钢桁架方案比较，节省了47％。鉴于这类厂房的巨大圆积，它们确实为平板网架结构的发展提供了广阔的新领域。十分明显，包括网架和网壳在内的空间网格结构是我国近十余年来发展最快，应用最广的空间结构类型。这类结构体系整体刚度好，技术经济指标优越，可提供丰富的建筑造型，因而受到建设者和设计者的喜爱。我国网架企业的蓬勃发展也为这类结构提供了方便的生产条件。据估计，近几年我国每年建造的网架和网壳结构达800万平方米建筑面积，相应钢材用量约20万t。这么大的数字是任何其它国家无法比拟的，无愧于“网架王国”这一称号，难怪国外有关企业对这一巨大市场垂涎欲滴。

如此大的发展势头自然也会带采一些问题。与国际水平相比，我国目前网架生产的工艺水平和质量管理水平尚有一定距离。尤其是在市场需求带动下，大量小型网架企业雨后春笋般成立起来，难免良莠不齐，设计也非总由有经验人士担任。因而大力加强行业管理，切实把握住设计制作和安装质量，是促进我国空间结构进一步健康发展的重要课题。

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三、张力结构

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中国现代悬索结构的发展始于50年代后期和60年代，北京的工人体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。北京工人体育馆建成于1961年，其圆形屋盖采用车辐式双层悬索体系，直径达94m。浙江人民体育馆建成于1967年，其屋盖为椭圆平面，长径80m，短径60m．采用双曲抛物面正交索网结构。

世界上最早的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的Raleigh体育馆，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或技术水平来看在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间，一直到80年代，由于大跨度建筑的发展而提出的对空间结构形式多样化的要求，这种形式丰富的轻型结构重新引起了人们的热情，工程实践的数量有较大增长，应用形式趋于多样化理论研究也相应地开展起来形势相当喜人。

柔性的悬索在自然状态下不仅没有刚度，其形状也是不确定的。必须采用敷设重屋面或施加预应力等措施，才能赋予一定的形状，成为在外荷作用下具有必要刚度和形状稳定性的结构。值得称道的是，我国的科技人员在学习和吸收国外先进经验的同时，在结合工程具体条件创造更加符合中国国情的结构应用形式方面做了不少尝试和创新。

例如，山东省淄博等地把悬索结构应用于中小型屋盖结构中，颇具特色。他们主要采用单层平行索系或伞形辐射索系加钢筋混凝土屋面板的构造方式。施工时先将屋面板挂在索上（使索正好位于板缝中），在板上临时加载使索伸长，然后在板缝中浇灌细石混凝土，待达到一定强度后卸去临时荷载，即形成具有一定预应力的“悬挂薄壳”。这种构造和施工方法不需要复杂的技术和设备，造价也比较低。

为了提高单层悬索的形状稳定性，在单层平行索系上设置横向加劲梁（或桁架）的办法也是十分有效的。横向加劲构件的作用有二：一是传递可能的集中荷载和局部荷载使之更均匀地分配到各根平行的索上；二是通过下压横向加劲构件的两端到预定位置或通过对索进行张拉使整个体系建立预应力，从而提高屋盖的刚度。从安徽体育馆等几个工程的实践来看这种混合结构体系施工方便，用料经济，是一种成功的创造。

由一系列承重索和曲率相反的稳定索组成的预应力双层索系，是解决悬索结构形状稳定性的另一种有效形式。其工作机理与预应力索网有类似之处。1966年瑞典工程师Jawerth首先在斯德哥尔摩滑冰馆采用由一对承重索和稳定索组成被称为“索桁架”的专利体系，其后这种平面双层索系在各国获得相当广泛刚用。我国无锡体育馆也采用了这种体系。作为对这种体系的改进，吉林滑冰馆采用了一种新型的空间双层索系，它的承重索与稳定索在不同一阵平面内，而是错开半个柱距，从而创造了新颖的建筑造型，而且很好地解决了矩形平面悬索屋盖通常遇到的屋面排水问题。这一新颖结构参加了1987年在美国举行的国际先进结构展览。

我国悬索结构发展的另一个特点是在许多工程中运用了各种组合手段。主要的方式是将两个以上预应力索网或其它悬索体系组合起来，并设置强大的拱或刚架等结构作为中间支承，形成各种形式的组合屋盖结构。例如四川省体育馆和青岛市体育馆的屋盖是由两片索网和作为中间支承的一对钢筋混凝土拱组合起来的。北京朝阳体育馆由两片索网和被称为“索拱体系”的中央支承结构组成。中央索拱体系由两条悬索和两个钢拱组成，本身是一种混合结构，其概念也具有创新意义。采用各种组合式屋盖不仅进一步丰富了建筑造型，而且往往能更好地满足某些建筑功能上的要求，例如为体育馆建筑提供了“最优”的内部空间。单纯从技术经济角度，单片索网或其它悬索体系可以经济地跨越很大的跨度，本非必须采用中间支承结构。所以，采用组合式屋盖在很多场合毋宁说主要是出于建筑造型和使用功能方面的考虑。从我国这几年的实践效果来看，它在这方面是起到了预期作用的。

将斜拉体系引用到屋盖结构中来，可形成一系列混合结构形式。这种体系利用由塔柱顶端伸出的斜拉索为屋盖的横跨结构（主梁、桁架、平板网架等）提供了一系列中间弹性支承，使这些横跨结构不需靠增大结构高度和构件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉网壳也属于这类混合结构。

尽管十余年来悬索结构取得了可喜的发展，但与网架和网壳结构比较其发展相对较慢，分析起来可能有两方面的原因：（1）悬索结构的设计计算理论相对复杂一些，又缺少具有较高商品化程度的实用计算程序，因而难于为一般设计单位普遇采用；（2）尽管悬索结构的施工并不复杂，但一般施工单位对它不够熟悉，更没有形成专业的悬索结构施工队伍，这也影响建设单位和设计单位大胆采用这种结构形式。

与此同时，同属于张力结构体系、在国外应用很广的膜结构或索-膜结构在我国则处于艰难起步阶段。除了设计理论储备和生产条件方面的原因外，缺少符合建筑要求的国产膜材是一个主要的制约因素。从国外情况看，1970年大阪万国博览会上的美国馆采用气承式膜结构（俗称充气结构），首次使用以聚氯乙烯（PVC）为涂层的玻璃纤维织物，受到广泛注意，其准椭圆平面的轴线尺寸达14Omx835m，一般认为是第一个现代意义的大跨度膜结构。70年代初杜邦公司开发出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名称Teflon）为涂层的玻璃纤维织物，这种膜材强度高，耐火性、自洁性和耐久性均好，为膜结构的应用起到了积极推动作用。从那时起到1984年，美国建造了一批尺度为138m-235m的体育馆，均采用气承式索-膜结构，取得了极佳的技术经济效果。但这种结构体系也出现了一些问题，主要是田于意外漏气或气压控制系统不稳定而使屋面下瘪，或由于暴风雪天气在屋面形成局部雪兜而热空气融雪系统又效能不足导致屋面下瘪甚至事故。这些问题使人们对气承式膜结构的前途产生怀疑，美国自1985年以后在建造大型体育馆时没有再使用这种结构形式。人们把更多的注意力转到张拉式的膜结构或索-膜结构。但如前面所提，日本在1988年建成的东京后乐园棒球馆仍然采用气承式索-膜结构，不过应用了极为先进的自动控制技术，而且采用双层膜结构，中间可通热空气融雪；中央计算机自动监测风速、雪压、室内气压、膜和索的变形及内力，并自动选择最佳方法来控制室内气压和消除积雪。

张拉式膜（或索-膜）结构自80年代以来在发达国家获得极大发展。这种体系与索网结构类似，张紧在刚性或柔性边缘构件上，或通过特殊构造支承在若干独立支点上，通过张拉建立预应力，并获得确定形状。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得体育场外径288m，其看台挑蓬由24个连在一起的形状相同的单支柱帐篷式膜结构单元组成。每个单元悬挂于中央支柱，外缘通过边缘索张紧在若干独立的锚固装置上，内缘则蹦紧在直径为133m的中央环索上。1993年建成的美国丹佛国际机场候机大厅采用完全封闭的张拉式膜结构平面尺寸305mx67m，由17个连成一排的双支柱帐篷式单元组成，每个长条形的单元由相距45.7m的两根支柱撑起。这两个工程是比较典型的大型张拉式膜结构的例子。另外还有一类骨架支承式膜结构。例如日本秋田县的“天穹”（Skydome）是一个切去两边的球面穹顶（D=130m），其主要承重结构是一系列平行的格构式钢拱架，蒙以膜材后，用设在两拱中间的钢索向下拉紧，并在屋面上形成V形排水（雪）沟槽。这种骨架是支承式膜结构的例子也是很多的。然而由美国工程师Geiger根据Fuller的张拉集合体（Teegrity)概念发展起来的所谓“索穹顶”（CableDome），也许是近10年来最为脍炙人口的一种新颖张拉体系。Teegrity原是指由连续的拉杆与分散的压杆组成的自平衡体系，其指导思想是充分发挥杆件的受拉作用。然而严格意义上的Teegrity体系未能在工程中实现。Geiger进行了适当改造，提出了支承在圆形刚件周边构件上的预应力拉索-压杆体系，索沿辐射方向布置，并利用膜材作为屋面，他称之为“索穹顶”，并首先用于1988年汉城奥运会的两个体育馆工程。美国的Levy进一步发展这种体系，改用联方形拉索网格，使屋面膜单元呈菱形的双曲抛物面形状，并用于1996年亚特兰大奥运会体育馆，其平面呈准椭圆形，尺寸达24lmx192m。这类张拉式索-压杆-膜体系，重量极轻，安装方便，在大跨度和超大跨度建筑中极具应用前景。

与世界先进水平相比，中国在膜结构方面的差距是十分明显的。几年来在理论研究方面做了不少工作，应该说已建立起一定的理论储备。在膜结构应用方面近年来也开始呈现比较活泼的势头。上海为迎接八运会于1997年建成的体育场其看台挑篷采用钢骨架支承的膜结构，总覆盖面积36100平米，是我国首次在大型建筑上采用膜结构；但所用膜材是进口的，施工安装也由外国公司进行，价格较昂贵。值得指出的是，中国已出现了专门从事膜结构制作与安装的企业，他们已兴建了几个较小型的膜结构。国产膜材的质量也正在改进。各种迹象表明，膜结构这一族富有潜力的大跨空间结构新成员在我国的发展已露出桅尖。

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四、理论研究

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（1）空间结构的应用是同相应的理论研究同步发展的。应该说我们在空间结构理论研究大面做了许多工作。主要研究内容偏重于静力作用下的结构性状和分析方法，以满足一般设计工作的要求为主要目标。这些研究为我国空间结构的发展提供了基本的理论支持。早期的工作偏重于以连续化理论为基础的各种解析方法的研究，例如平板网架的拟板解法、网壳的拟壳解法；悬索结构在荷载作用下要产生较大位移，因而计算中应考虑几何非线性，当时发展了一系列适用于不同形式悬索结构的考虑大位移的解析方法。在一段时期内，当计算机尚未广泛运用于结构计算以前，各种解析方法曾对空间结构的发展起过重要作用，但解析方法终究有其局限性，它们具有不同程度的近似性，而且往往仅适用于某些特定的结构形式。

计算机的普及和有限元分析方法的广泛运用为空间结构的加速发展创造了真正的条件。许多大型的和特殊形式的新颖空间结构只能用计算机程序进行分析。我国从80年代开始陆续编制出适用于不同空间结构的各种计算机分析程序和CAD软件，且功能日益完备。现在我们设计空间结构几乎全部依靠计算机。事实上，当设计由成千杆件和结点组成的大型空间网格结构，尤其是当采用螺栓球结点时，离开适用的CAD软件是无法想象的。但也应当指出，对某些形式的悬索结构来说，简单实用的解析方法仍然有意义；对于像双层索系等比较简单的体系，解析力法已完全可以提供准确而完整的计算结果。例如，吉林滑冰馆的大型悬索屋盖设计是由简单的手筹来完成的。

十余年来关于空间结构研究的一个特点是做了大量的试验。这是我国结构研究领域的一个优良传统。80年代乃至90年代初期建造的几乎每一个有代表性的大型空间结构，都作过模型试验或现场实测。这些试验研究同理论分析工作一起，以及它们之间的相互印证，使我们对原来可能比较生疏的各种新颖空间结构的基本性能了解得越来越全面，为设计这些结构积累起比较丰富的理论储备。

（2）除了关于各种类型空间结构的基本性状和计算方法的研究以外，一些更为基础性的理论研究也受到了重视，例如关于网壳稳定性的研究已取得许多重要成果。

稳定性是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题，也是国内外十多年来的热点研究领域。结构的稳定性能可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念；这种全过程曲线要由较精确的非线性分析得出。从非线性分析的角度来考察，结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。结构的荷载-位移全过程曲线可以把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。当考察创始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。

但是当利用计算机对具有大量自由度的复杂体系进行有效的非线性有限元分析尚未能允分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。在较长一段时期内，人们不得不求助于连续化理论（“拟壳法”）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。这种方法显然有较大局限性：连续化壳体稳定性理论本身并未完善，事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。因此，在许多重要场合还必须依靠细致的模型试验来测定稳定性承载力，讲与可能的计算结果相互印证。

随着计算机的发展和广泛应用，非线性有限元分析方法兴起，并逐渐成为结构稳定性分析中的有力工具。我国从80年代后期开始也积极开展以非线性全过程分析为基础的网壳稳定性研究。在总结国外已取得成果的基础上，在理论表达式的精确化、合理选用平衡路径跟踪的计算方法、灵活的迭代策略等方面进行了深入细致的探索，使具有大量自由度的复杂结构体系的全过程分析成为可能；并编制出相应的分析程序。此外，在研究初始缺陷对网壳稳定性的影响时，对所提出的“一致缺陷模态祛”（即认为初始缺陷按最低屈

曲模态分布时可能具有最不利影响）的合理性和有效性进行了仔细论证，并使之规范化。

在上述理论成果的基础上，采用大规模参数分析的方法，进行了网壳稳定性分所实用方法的研究。即结合不同类型的网壳结构，在其基本参数（几何参数、构造参数、荷载参数等）的常用变化范围内，进行大规模的实际结构全过程分析，对所得结果进行统计分析和归纳，考察网壳稳定性的变化规律，最后通过回归分析提出网壳稳定性验算的实用公式。近几年来，共计对2800余例各种形式的实际尺寸网壳结构进行了全过程分析，得到了相当规律性的结果。所提出的实用公式用起来比较简便，然而是建立在精确分析方法的基础之上的。这一工作很受广大设计部门欢迎。这些公式已列入正在编制的“网壳结构技术规程”（征求意见稿）。应该说，我国关于网壳稳定性的研究是相当深入和细致的。

（3）相对来说，国内外关于网壳结构在风和地震荷载作用下的反应研究得较少。作者个人认为，对网壳结构来说，风荷载的动力作用可能不是设计中的主要问题，但随着网壳尺度的增大，深入研究其抗地震性能则具有重要意义。在抗震领域，对高层和高耸结构研究得比较透彻；但网壳等大跨结构的动力性能具有不同特点，例如其频率分布比较密集，往往从最低阶算起前面数十个振型都可能对其地震反应有贡献，因而一般的振型分解法是否适用是一个值得探讨的问题，不同方法（包括竖向）的地震作用引起的反应往往是同量级的，因此考虑多维输入可能是一个相当重要的问题；国外已建的和我国今后将要建的一些超大跨度网壳尺度十分巨大，因而在计算中也许有必要考虑地震动力的空间相关性；此外，单层网壳结构在静力作用下的稳定性是设计中的重要因素，它们在地震作用下同样存在动力失稳问题，其严重性如何？对于某些动力反应过大的网壳结构，是否有必要采取适当的振动控制措施？诸如此类问题都是我国学术界正在深入思考或已着手进行研究的问题。

（4）具有曲面形状的空间结构是最充分地利用形状来抵抗外力作用的结构形式，所以空间结构的形体设计（或从理抡分析角度称作形态分析）具有十分重要的意义。对于钢筋混凝土薄壳和钢网壳等较刚性的体系，其形态分析主要涉及结构几何形状的优化。对索网、膜和索-膜等柔性结构体系，形态分析具有更基本的意义，因为在一定边界条件下，柔性体系仅当存在适当预应力时才具有确定的形状，且其几例形状是随支承条件和预应力分布形态而变化的；因而结构设计的首要内容就是所谓的“找形”（Form-finding），借此来确定形状-预应力-支承条件这一综合系统与使用要求之间的优化组合。“找形”一般采用非线性有限元分析方法，但理论上远未定型。英国Barnes等提出的动力松弛法和德国Linkwitz等提出的力密度法等近似方法也能成功地应用于一些特定类型问题。日本半谷近年来提出形态分析的概念试图使空间结构的形体设计理论进一步系统化，很有意义。这一理论有待继续发展。我国在悬索结构和膜结构的“找形分析”或更确切地说“初始平衡状态分析”方面作过不少工作，并编制了一些相应的软件。今后似应在下列两方面进行更系统的理论研究工作：一方面是在总结现有分析方法的基础上，建立起统一的形态分析理论，与计算机图形学相结合，系统跟踪柔性空间结构的成形——受力全过程并形成相应的软件；另一方面是在形态分析理论的基础上，提出空间结构几何形状的优化准则和分析方法。

（5）膜结构和索-膜结构等柔性体系自振频率较低，是风敏感性结构，因而研究这类结构在风作用下的反应及其抗风设计方法十分重要。这一课题具有较大理论难度，国内外研究尚少，在许多方面基本上是空白，因而开展这一研究尤具重要意义。

我们对悬索结构的风振问题做过一定研究，针对这种大跨柔性结构频域宽且频率分布密集的特点，提出了适用的随机风振反应分析方法；并且，针对悬索结构这种非线性体系，提出了广义风振系数的概念，通过大规模参数分析，为椭圆形及菱形平面的常用索网结构提出了简便的实用计算方法。还组织过相应的刚性模型和气弹模型的风洞实验。

对于不同的结构体系，其风振特性也有差别。采用传统屋面材料的悬索结构整体工作性能相对较好（局部变形较小），结构的整体位移对气流场的改变不大。这类结构在风作用下的振动一般属于限幅随机振动。膜和索-膜结构具有不同特点，膜既是受力构件又是覆面材料，且质轻面薄，结构的局部刚度很小，在风作用下，局部膜单元的加速度和速度反应较大，可能对周围的空气紊流速度产生影响，导致气弹反应和颤振。因此在研究膜结构和索-膜结构的风振问题时，应对可能的动力失稳问题进行深入的理论分析和风洞实验研究。

作者相信，在做好上面这些理论研究工作以后，将使我国大跨空间结构领域形成较完整的理论体系并进入世界先进行列，为我国大跨度建筑的进一步发展提供充分的理论支持。

第二篇：大跨空间结构的发展回顾与展望

大跨空间结构的发展——回顾与展望 来源：中国论文下载中心

[ 06-03-20 08:42:00 ]

作者：沈世钊

编辑：studa9ngns 摘要：大跨空间结构是目前发展最快的结构类型。大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。本文就空间网格结构和张力结构两大类介绍了国内外（但主要是国外）空间结构的发展现状和前景。对这一领域几个重要理论问题，包括空间结构的形态分析理论、大跨柔性属盖的动力风效应、网壳结构的稳定性和抗震性能等问题的研究提出了看法。

关键词：空间结构 回顾 展望

一、概 述

在这实际的三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。与此同时，无法进行简单分解的真正意义上的空间体系也始终没有停止其自身的发展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现出大自然的美丽和神奇。空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当跨度增大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系。

近二十余年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如 1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”（Superdome），直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；现在这一地位已被1993年建成夏径为222m的日本福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1／3或开启2／3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。70年代以来，由于结构使用织物材料的改进，膜结构或索-膜结构（用索加强的膜结构）获得了发展，美国建造了许多规模很大的气承式索-膜结构；1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，也采用这种结构技术尤为先进，其近似圆形平面的直径为204m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（Geogia Dome，1992年建成）采用新颖的整体张拉式索一膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

由于经济和文化发展的需要，人们还在不断追求覆盖更大的空间，例如有人设想将整个街区、整个广场、甚至整个山谷覆盖起来形成一个可人工控制气候的人聚环境或休闲环境；为了发掘和保护古代陵墓和重要古迹，也有人设想采用超大跨度结构物将其覆盖起来形成封闭的环境。目前某些发达国家正在进行尺度为300m以上的超大跨度空间结构的设计方案探讨。

可以这样说，大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。国际《空间结构》杂志主编马考夫斯基（Z.S.Makowski）说：在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。”从今天来看，大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。例如，早在20年前美国土木工程学会曾组织了为期 10年的空间结构研究计划，投入经费 1550万美元。同一时期，西德由斯图加特大学主持组织了一个“大跨度空间结构综合研究计划”，每年研究经费100万马克以上。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。国际壳体和空间结构学会（IASS）每年定期举行年会和各种学术交流活动，是目前最受欢迎的著名学术团体之一。

我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多，空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化，相应的理论研究和设计技术也逐步完善。以北京亚运会（1990）、哈尔滨冬季亚运会（1996）、上海八运会（1997）的许多体育建筑为代表的一系列大跨空间结构——作为我国建筑科技进步的某种象征在国内外都取得了一定影响。

种种迹象说明，我国虽然尚是一个发展中国家，但由于国大人多，随着国力的不断增强，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛，而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。这是我国空间结构领域面临的巨大机遇。

但与国际先进水平相比，我国大跨空间结构的发展仍存在一定差距。主要表现在结构形式还比较拘谨，较少大胆创新之作，说明新颖的建筑构思与先进的结构创造之间尚缺乏理想的有机结合，尤其是150m以上的超大跨度空间结构的工程实践还比较少；结构类型相对地集中于网架和网壳结构，悬索结构用得比较少，而一些有巨大前景的新颖结构形式如膜结构和索-膜结构、整体张拉结构、可开合结构等在国外已有不少成功的工程实践，在我国则还处于空白或艰难起步阶段。情况看来是，我国空间结构的发展经过十余年来在较为平坦的草原上的驰骋之后，似乎遇上了一个需要努力跃上的新台阶。这一新台阶包含材料和生产条件等技术问题，也包含尚未很好解决的一些理论问题。为促进我国空间结构进一步的更高层次的发展，有待科技工作者和企业家努力创造条件，以求得这些技术问题和理论问题较快较好地解决。

大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩，习惯上分为如下这些类型：钢筋混凝土薄壳结构；平板网架结构；网壳结构；悬索结构；膜结构和索－膜结构；近年来国外用的较多的“索穹顶”（Cable Dome)实际上也是一种特殊形式的索－膜结构；混合结构(Hybrid Structure)，通常是柔性构件和刚性构件的联合应用。

在上述各种空间结构类型中，钢筋混凝土薄壁结构在50年代后期及60年代前期在我国有所发展，当时建造过一些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳，在理论研究方面还投入过许多力量，制定了相应的设计规程。但这种结构类型日前应用较少，主要原因可能是施工比较费时费事。平板网架和网壳结构，还包括一些未能单独归类的特殊形式，如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等，总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快，且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用，可总称为张力结构。这类结构富有发展前景。下面按这两个大类简要介绍我国空间结构的发展状况。

二、空间网格结构

网壳结构的出现早于平板网架结构。在国外，传统的肋环型穹顶已有一百多年历史，而第一个平板网架是1940年在德国建造的（采用Mero体系）。中国第一批具有现代意义的网壳是在50和60年代建造的，但数量不多。当时柱面网壳大多采用菱形“联方”网格体系，1956年建成的天津体育馆钢网壳（跨度52m）和l961年同济大学建成的钢筋混凝土网壳（跨度40m）可作为典型代表。球面网壳则主要采用助环型体系，1954年建成的重庆人民礼堂半球形穹顶（跨度46.32m）和1967年建成的郑州体育馆圆形钢屋盖（跨度64m）习能是仅有的两个规模较大的球面网壳。自此以后直到80年代初期，网壳结构在我国没有得到进一步的发展。

相对而言自第一个平板网架（上海师范学院球类房，31.5mx40.5m）于1964年建成以来，网架结构一直保持较好发展势头。1967年建成的首都体育馆采用斜放正交网架，其矩形平面尺寸为99mx112m，厚6m，采用型钢构件，高强螺栓连接，用钢指标65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。1973年建成的上海万人体育馆采用圆形平面的三向网架净架110m，厚6m，采用圆钢管构件和焊接空心球结点，用钢指标47kg每平米。当时平板网架在国内还是全新的结构形式，这两个网架规模都比较大，即使从今天来看仍然具有代表性，因而对工程界产生了很大影响。在当时体育馆建设需求的激励下，国内各高校、研究机构和设计部门对这种新结构投入了许多力量，专业的制作和安装企业也逐渐成长，为这种结构的进一步发展打下了较坚实的基础。改革开放以来的十多年里是我国空间结构快速发展的黄金时期而平板网架结构就自然地处于捷足先登的优先地位。甚至80年代后期北京为迎接1990年亚运会兴建的一批体育建筑中，多数仍采用平板网架结构。在这一时期，网架结构的设计已普遍采用计算机，生产技术也获得很大进步，开始广泛采用装配式的螺栓球结点，大大加快了网架的安装。

但事物总是存在两个方面。在平板网架结构一枝独秀地加快发展的同时，随着经济和文化建设需求的扩大和人们对建筑欣赏品位的提高，在设计日益增多的各式各样大跨度建筑时，设计者越来越感觉到结构形式的选择余地有限，无法满足日益发展的对建筑功能和建筑造型多样化的要求。这种现实需求对网壳结构、悬索结构等多种空间结构形式的发展起了良好的刺激作用。由于网壳结构与网架结构的生产条件相同，国内已具备现成的基础，因而从80年代后半期起，当相应的理论储备和设计软件等条件初步完备，网壳结构就开始了在新的条件下的快速发展。建造数量逐年增加，各种形式的网壳，包括球面网壳、柱面网壳、鞍形网壳（或扭网壳）、双曲扁网壳和各种异形网壳，以及上述各种网壳的组合形式均得到了应用；还开发了预应力网受、斜拉网壳（用斜拉索加强网壳）等新的结构体系。近几年来建造了一些规模相当宏大的网壳结构。例如1994年建成的天津体育馆采用肋环斜杆型（Schwedler型）双层球面网壳，其圆形平面净跨108m，周边伸出13.5m，网壳厚度3m，采用圆钢管构件和焊接空心球结点，用钢指标55kg每平米。1995年建成的黑龙江省速滑馆用以覆盖400m速滑跑道，其巨大的双层网壳结构由中央柱面壳部分和两端半球壳部分组成，轮廓尺寸86.2mx191.2m，覆盖面积达15000平米，网壳厚度2.1m，采用圆钢管构件和螺栓球结点，用钢指标50kg每平米。1997年刚建成的长春万人体育馆平面呈桃核形，由肋环型球面网壳切去中央条形部分再拼合而成，体型巨大，如果将外伸支腿计算在内，轮廓尺寸达146mx191.7m，网壳厚度2.8m，其桁架式“网片”的上、下弦和腹杆一律采用方（矩形）钢管，焊接连接，是我国第一个方钢管网壳。这一网壳结构的设计方案是由国外提出的，施工图设计和制作安装由国内完成。

在网壳结构的应用日益扩大的同时，平板网架结构并未停止其自身的发展。这种目前来看已比较简单的结构有它自己广泛的使用范围，跨度不拘大小；而已近几年在一些重要领域扩大了应用范围。例如在机场维修机库方面，广州白云机场80m机库（199年）、成都机场 140m机库（1995年）、首都机场2Zmx150m机库（1996年）等大型机库都采用平板网架结构。这些三边支承的平板网架规模巨大，且需承受较重的悬挂荷载，常采用较重型的焊接型钢（或钢管）结构，有时需采用三层网架；其单位面积用钢指标可达到一般公用建筑所用网架的一倍或更多。单层工业厂房也是近几年来平板网架获得迅速发展的一个重要领域。为便于灵活安排生产工艺，厂房的柱网尺寸有日益扩大的趋向，这时平板网架结构就成为十分经济适用的理想结构方案。1991年建成的第一汽车制造厂高尔夫轿车安装车间面积近8万平米（189.2mx421.6m），柱网21mx12m,采用焊接球结点网架，用钢指标31kg每平米。该厂房是目前世界上面积最大的平板网架结构。1992年建成的天津无缝钢管厂加工车间面积为6万平米（108m x 564m），柱网36m x 18m,采用螺栓球结点网架，用钢指标32kg每平米，与传统的平面钢桁架方案比较，节省了47％。鉴于这类厂房的巨大圆积，它们确实为平板网架结构的发展提供了广阔的新领域。十分明显，包括网架和网壳在内的空间网格结构是我国近十余年来发展最快，应用最广的空间结构类型。这类结构体系整体刚度好，技术经济指标优越，可提供丰富的建筑造型，因而受到建设者和设计者的喜爱。我国网架企业的蓬勃发展也为这类结构提供了方便的生产条件。据估计，近几年我国每年建造的网架和网壳结构达800万平方米建筑面积，相应钢材用量约20万t。这么大的数字是任何其它国家无法比拟的，无愧于“网架王国”这一称号，难怪国外有关企业对这一巨大市场垂涎欲滴。

如此大的发展势头自然也会带采一些问题。与国际水平相比，我国目前网架生产的工艺水平和质量管理水平尚有一定距离。尤其是在市场需求带动下，大量小型网架企业雨后春笋般成立起来，难免良莠不齐，设计也非总由有经验人士担任。因而大力加强行业管理，切实把握住设计制作和安装质量，是促进我国空间结构进一步健康发展的重要课题。

三、张力结构

中国现代悬索结构的发展始于50年代后期和60年代，北京的工人体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。北京工人体育馆建成于1961年，其圆形屋盖采用车辐式双层悬索体系，直径达94m。浙江人民体育馆建成于1967年，其屋盖为椭圆平面，长径80m，短径60m．采用双曲抛物面正交索网结构。

世界上最早的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的Raleigh体育馆，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或技术水平来看在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间，一直到80年代，由于大跨度建筑的发展而提出的对空间结构形式多样化的要求，这种形式丰富的轻型结构重新引起了人们的热情，工程实践的数量有较大增长，应用形式趋于多样化理论研究也相应地开展起来形势相当喜人。

柔性的悬索在自然状态下不仅没有刚度，其形状也是不确定的。必须采用敷设重屋面或施加预应力等措施，才能赋予一定的形状，成为在外荷作用下具有必要刚度和形状稳定性的结构。值得称道的是，我国的科技人员在学习和吸收国外先进经验的同时，在结合工程具体条件创造更加符合中国国情的结构应用形式方面做了不少尝试和创新。

例如，山东省淄博等地把悬索结构应用于中小型屋盖结构中，颇具特色。他们主要采用单层平行索系或伞形辐射索系加钢筋混凝土屋面板的构造方式。施工时先将屋面板挂在索上（使索正好位于板缝中），在板上临时加载使索伸长，然后在板缝中浇灌细石混凝土，待达到一定强度后卸去临时荷载，即形成具有一定预应力的“悬挂薄壳”。这种构造和施工方法不需要复杂的技术和设备，造价也比较低。

为了提高单层悬索的形状稳定性，在单层平行索系上设置横向加劲梁（或桁架）的办法也是十分有效的。横向加劲构件的作用有二：一是传递可能的集中荷载和局部荷载使之更均匀地分配到各根平行的索上；二是通过下压横向加劲构件的两端到预定位置或通过对索进行张拉使整个体系建立预应力，从而提高屋盖的刚度。从安徽体育馆等几个工程的实践来看这种混合结构体系施工方便，用料经济，是一种成功的创造。

由一系列承重索和曲率相反的稳定索组成的预应力双层索系，是解决悬索结构形状稳定性的另一种有效形式。其工作机理与预应力索网有类似之处。1966年瑞典工程师Jawerth首先在斯德哥尔摩滑冰馆采用由一对承重索和稳定索组成被称为“索桁架”的专利体系，其后这种平面双层索系在各国获得相当广泛刚用。我国无锡体育馆也采用了这种体系。作为对这种体系的改进，吉林滑冰馆采用了一种新型的空间双层索系，它的承重索与稳定索在不同一阵平面内，而是错开半个柱距，从而创造了新颖的建筑造型，而且很好地

解决了矩形平面悬索屋盖通常遇到的屋面排水问题。这一新颖结构参加了1987年在美国举行的国际先进结构展览。

我国悬索结构发展的另一个特点是在许多工程中运用了各种组合手段。主要的方式是将两个以上预应力索网或其它悬索体系组合起来，并设置强大的拱或刚架等结构作为中间支承，形成各种形式的组合屋盖结构。例如四川省体育馆和青岛市体育馆的屋盖是由两片索网和作为中间支承的一对钢筋混凝土拱组合起来的。北京朝阳体育馆由两片索网和被称为“索拱体系”的中央支承结构组成。中央索拱体系由两条悬索和两个钢拱组成，本身是一种混合结构，其概念也具有创新意义。采用各种组合式屋盖不仅进一步丰富了建筑

造型，而且往往能更好地满足某些建筑功能上的要求，例如为体育馆建筑提供了“最优”的内部空间。单纯从技术经济角度，单片索网或其它悬索体系可以经济地跨越很大的跨度，本非必须采用中间支承结构。所以，采用组合式屋盖在很多场合毋宁说主要是出于建筑造型和使用功能方面的考虑。从我国这几年的实践效果来看，它在这方面是起到了预期作用的。

将斜拉体系引用到屋盖结构中来，可形成一系列混合结构形式。这种体系利用由塔柱顶端伸出的斜拉索为屋盖的横跨结构（主梁、桁架、平板网架等）提供了一系列中间弹性支承，使这些横跨结构不需靠增大结构高度和构件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉网壳也属于这类混合结构。

尽管十余年来悬索结构取得了可喜的发展，但与网架和网壳结构比较其发展相对较慢，分析起来可能有两方面的原因：（1）悬索结构的设计计算理论相对复杂一些，又缺少具有较高商品化程度的实用计算程序，因而难于为一般设计单位普遇采用；（2）尽管悬索结构的施工并不复杂，但一般施工单位对它不够熟悉，更没有形成专业的悬索结构施工队伍，这也影响建设单位和设计单位大胆采用这种结构形式。

与此同时，同属于张力结构体系、在国外应用很广的膜结构或索-膜结构在我国则处于艰难起步阶段。除了设计理论储备和生产条件方面的原因外，缺少符合建筑要求的国产膜材是一个主要的制约因素。从国外情况看，1970年大阪万国博览会上的美国馆采用气承式膜结构（俗称充气结构），首次使用以聚氯乙烯（PVC）为涂层的玻璃纤维织物，受到广泛注意，其准椭圆平面的轴线尺寸达14Om x 835m，一般认为是第一个现代意义的大跨度膜结构。70年代初杜邦公司开发出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名称Teflon）为涂层的玻璃纤维织物，这种膜材强度高，耐火性、自洁性和耐久性均好，为膜结构的应用起到了积极推动作用。从那时起到1984年，美国建造了一批尺度为138m-235m的体育馆，均采用气承式索-膜结构，取得了极佳的技术经济效果。但这种结构体系也出现了一些问题，主要是田于意外漏气或气压控制系统不稳定而使屋面下瘪，或由于暴风雪天气在屋面形成局部雪兜而热空气融雪系统又效能不足导致屋面下瘪甚至事故。这些问题使人们对气承式膜结构的前途产生怀疑，美国自1985年以后在建造大型体育馆时没有再使用这种结构形式。人们把更多的注意力转到张拉式的膜结构或索-膜结构。但如前面所提，日本在1988年建成的东京后乐园棒球馆仍然采用气承式索-膜结构，不过应用了极为先进的自动控制技术，而且采用双层膜结构，中间可通热空气融雪；中央计算机自动监测风速、雪压、室内气压、膜和索的变形及内力，并自动选择最佳方法来控制室内气压和消除积雪。

张拉式膜（或索-膜）结构自80年代以来在发达国家获得极大发展。这种体系与索网结构类似，张紧在刚性或柔性边缘构件上，或通过特殊构造支承在若干独立支点上，通过张拉建立预应力，并获得确定形状。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得体育场外径288m，其看台挑蓬由24个连在一起的形状相同的单支柱帐篷式膜结构单元组成。每个单元悬挂于中央支柱，外缘通过边缘索张紧在若干独立的锚固装置上，内缘则蹦紧在直径为133m的中央环索上。1993年建成的美国丹佛国际机场候机大厅采用完全封闭的张拉式膜结构平面尺寸305mx67m，由17个连成一排的双支柱帐篷式单元组成，每个长条形的单元由相距45.7m的两根支柱撑起。这两个工程是比较典型的大型张拉式膜结构的例子。另外还有一类骨架支承式膜结构。例如日本秋田县的“天穹”（Sky dome）是一个切去两边的球面穹顶（D=130m），其主要承重结构是一系列平行的格构式钢拱架，蒙以膜材后，用设在两拱中间的钢索向下拉紧，并在屋面上形成V形排水（雪）沟槽。这种骨架是支承式膜结构的例子也是很多的。然而由美国工程师Geiger根据Fuller的张拉集合体（Tensegrity)概念发展起来的所谓“索穹顶”（Cable Dome），也许是近10年来最为脍炙人口的一种新颖张拉体系。Tensegrity原是指由连续的拉杆与分散的压杆组成的自平衡体系，其指导思想是充分发挥杆件的受拉作用。然而严格意义上的Tensegrity体系未能在工程中实现。Geiger进行了适当改造，提出了支承在圆形刚件周边构件上的预应力拉索-压杆体系，索沿辐射方向布置，并利用膜材作为屋面，他称之为“索穹顶”，并首先用于1988年汉城奥运会的两个体育馆工程。美国的Levy进一步发展这种体系，改用联方形拉索网格，使屋面膜单元呈菱形的双曲抛物面形状，并用于1996年亚特兰大奥运会体育馆，其平面呈准椭圆形，尺寸达24lmx192m。这类张拉式索-压杆-膜体系，重量极轻，安装方便，在大跨度和超大跨度建筑中极具应用前景。

与世界先进水平相比，中国在膜结构方面的差距是十分明显的。几年来在理论研究方面做了不少工作，应该说已建立起一定的理论储备。在膜结构应用方面近年来也开始呈现比较活泼的势头。上海为迎接八运会于1997年建成的体育场其看台挑篷采用钢骨架支承的膜结构，总覆盖面积36100平米，是我国首次在大型建筑上采用膜结构；但所用膜材是进口的，施工安装也由外国公司进行，价格较昂贵。值得指出的是，中国已出现了专门从事膜结构制作与安装的企业，他们已兴建了几个较小型的膜结构。国产膜材的质量也正在改进。各种迹象表明，膜结构这一族富有潜力的大跨空间结构新成员在我国的发展已露出桅尖。

四、理论研究

（1）空间结构的应用是同相应的理论研究同步发展的。应该说我们在空间结构理论研究大面做了许多工作。主要研究内容偏重于静力作用下的结构性状和分析方法，以满足一般设计工作的要求为主要目标。这些研究为我国空间结构的发展提供了基本的理论支持。早期的工作偏重于以连续化理论为基础的各种解析方法的研究，例如平板网架的拟板解法、网壳的拟壳解法；悬索结构在荷载作用下要产生较大位移，因而计算中应考虑几何非线性，当时发展了一系列适用于不同形式悬索结构的考虑大位移的解析方法。在一段时期内，当计算机尚未广泛运用于结构计算以前，各种解析方法曾对空间结构的发展起过重要作用，但解析方法终究有其局限性，它们具有不同程度的近似性，而且往往仅适用于某些特定的结构形式。

计算机的普及和有限元分析方法的广泛运用为空间结构的加速发展创造了真正的条件。许多大型的和特殊形式的新颖空间结构只能用计算机程序进行分析。我国从80年代开始陆续编制出适用于不同空间结构的各种计算机分析程序和CAD软件，且功能日益完备。现在我们设计空间结构几乎全部依靠计算机。事实上，当设计由成千杆件和结点组成的大型空间网格结构，尤其是当采用螺栓球结点时，离开适用的CAD软件是无法想象的。但也应当指出，对某些形式的悬索结构来说，简单实用的解析方法仍然有意义；对于像双层索系等比较简单的体系，解析力法已完全可以提供准确而完整的计算结果。例如，吉林滑冰馆的大型悬索屋盖设计是由简单的手筹来完成的。

十余年来关于空间结构研究的一个特点是做了大量的试验。这是我国结构研究领域的一个优良传统。80年代乃至90年代初期建造的几乎每一个有代表性的大型空间结构，都作过模型试验或现场实测。这些试验研究同理论分析工作一起，以及它们之间的相互印证，使我们对原来可能比较生疏的各种新颖空间结构的基本性能了解得越来越全面，为设计这些结构积累起比较丰富的理论储备。

（2）除了关于各种类型空间结构的基本性状和计算方法的研究以外，一些更为基础性的理论研究也受到了重视，例如关于网壳稳定性的研究已取得许多重要成果。

稳定性是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题，也是国内外十多年来的热点研究领域。结构的稳定性能可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念；这种全过程曲线要由较精确的非线性分析得出。从非线性分析的角度来考察，结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。结构的荷载-位移全过程曲线可以把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。当考察创始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。

但是当利用计算机对具有大量自由度的复杂体系进行有效的非线性有限元分析尚未能允分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。在较长一段时期内，人们不得不求助于连续化理论（“拟壳法”）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。这种方法显然有较大局限性：连续化壳体稳定性理论本身并未完善，事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。因此，在许多重要场合还必须依靠细致的模型试验来测定稳定性承载力，讲与可能的计算结果相互印证。

随着计算机的发展和广泛应用，非线性有限元分析方法兴起，并逐渐成为结构稳定性分析中的有力工具。我国从80年代后期开始也积极开展以非线性全过程分析为基础的网壳稳定性研究。在总结国外已取得成果的基础上，在理论表达式的精确化、合理选用平衡路径跟踪的计算方法、灵活的迭代策略等方面进行了深入细致的探索，使具有大量自由度的复杂结构体系的全过程分析成为可能；并编制出相应的分析程序。此外，在研究初始缺陷对网壳稳定性的影响时，对所提出的“一致缺陷模态祛”（即认为初始缺陷按最低屈

曲模态分布时可能具有最不利影响）的合理性和有效性进行了仔细论证，并使之规范化。

在上述理论成果的基础上，采用大规模参数分析的方法，进行了网壳稳定性分所实用方法的研究。即结合不同类型的网壳结构，在其基本参数（几何参数、构造参数、荷载参数等）的常用变化范围内，进行大规模的实际结构全过程分析，对所得结果进行统计分析和归纳，考察网壳稳定性的变化规律，最后通过回归分析提出网壳稳定性验算的实用公式。近几年来，共计对2800余例各种形式的实际尺寸网壳结构进行了全过程分析，得到了相当规律性的结果。所提出的实用公式用起来比较简便，然而是建立在精确分析方法的基础之上的。这一工作很受广大设计部门欢迎。这些公式已列入正在编制的“网壳结构技术规程”（征求意见稿）。应该说，我国关于网壳稳定性的研究是相当深入和细致的。

（3）相对来说，国内外关于网壳结构在风和地震荷载作用下的反应研究得较少。作者个人认为，对网壳结构来说，风荷载的动力作用可能不是设计中的主要问题，但随着网壳尺度的增大，深入研究其抗地震性能则具有重要意义。在抗震领域，对高层和高耸结构研究得比较透彻；但网壳等大跨结构的动力性能具有不同特点，例如其频率分布比较密集，往往从最低阶算起前面数十个振型都可能对其地震反应有贡献，因而一般的振型分解法是否适用是一个值得探讨的问题，不同方法（包括竖向）的地震作用引起的反应往往是同量级的，因此考虑多维输入可能是一个相当重要的问题；国外已建的和我国今后将要建的一些超大跨度网壳尺度十分巨大，因而在计算中也许有必要考虑地震动力的空间相关性；此外，单层网壳结构在静力作用下的稳定性是设计中的重要因素，它们在地震作用下同样存在动力失稳问题，其严重性如何？对于某些动力反应过大的网壳结构，是否有必要采取适当的振动控制措施？诸如此类问题都是我国学术界正在深入思考或已着手进行研究的问题。

（4）具有曲面形状的空间结构是最充分地利用形状来抵抗外力作用的结构形式，所以空间结构的形体设计（或从理抡分析角度称作形态分析）具有十分重要的意义。对于钢筋混凝土薄壳和钢网壳等较刚性的体系，其形态分析主要涉及结构几何形状的优化。对索网、膜和索-膜等柔性结构体系，形态分析具有更基本的意义，因为在一定边界条件下，柔性体系仅当存在适当预应力时才具有确定的形状，且其几例形状是随支承条件和预应力分布形态而变化的；因而结构设计的首要内容就是所谓的“找形”（Form-finding），借此来确定形状-预应力-支承条件这一综合系统与使用要求之间的优化组合。“找形”一般采用非线性有限元分析方法，但理论上远未定型。英国Barnes等提出的动力松弛法和德国Linkwitz等提出的力密度法等近似方法也能成功地应用于一些特定类型问题。日本半谷近年来提出形态分析的概念试图使空间结构的形体设计理论进一步系统化，很有意义。这一理论有待继续发展。我国在悬索结构和膜结构的“找形分析”或更确切地说“初始平衡状态分析”方面作过不少工作，并编制了一些相应的软件。今后似应在下列两方面进行更系统的理论研究工作：一方面是在总结现有分析方法的基础上，建立起统一的形态分析理论，与计算机图形学相结合，系统跟踪柔性空间结构的成形——受力全过程并形成相应的软件；另一方面是在形态分析理论的基础上，提出空间结构几何形状的优化准则和分析方法。

（5）膜结构和索-膜结构等柔性体系自振频率较低，是风敏感性结构，因而研究这类结构在风作用下的反应及其抗风设计方法十分重要。这一课题具有较大理论难度，国内外研究尚少，在许多方面基本上是空白，因而开展这一研究尤具重要意义。

我们对悬索结构的风振问题做过一定研究，针对这种大跨柔性结构频域宽且频率分布密集的特点，提出了适用的随机风振反应分析方法；并且，针对悬索结构这种非线性体系，提出了广义风振系数的概念，通过大规模参数分析，为椭圆形及菱形平面的常用索网结构提出了简便的实用计算方法。还组织过相应的刚性模型和气弹模型的风洞实验。

对于不同的结构体系，其风振特性也有差别。采用传统屋面材料的悬索结构整体工作性能相对较好（局部变形较小），结构的整体位移对气流场的改变不大。这类结构在风作用下的振动一般属于限幅随机振动。膜和索-膜结构具有不同特点，膜既是受力构件又是覆面材料，且质轻面薄，结构的局部刚度很小，在风作用下，局部膜单元的加速度和速度反应较大，可能对周围的空气紊流速度产生影响，导致气弹反应和颤振。因此在研究膜结构和索-膜结构的风振问题时，应对可能的动力失稳问题进行深入的理论分析和风洞实验研究。

第三篇：大跨空间结构案例分析_图文(精)

通过这一个学期建筑结构选型将建筑结构分类如下:●平面结构 梁柱结构(框架结构 桁架结构 单层钢架结构 拱式结构 ●空间结构 薄壁空间结构 网架结构

网壳结构网格结构 悬索结构 薄膜结构 ●高层建筑结构 ●平面结构

平面屋盖结构空间跨度相比较小,节点、支座形式较简单。

2008年奥运会摔跤比赛馆总建筑面积约23950平方米,比赛馆平面是一个82.4*94米平面,屋面是反对称的折面,采用巨型门式钢钢架结构,将建筑塑造为富有韵律感的

造型,如图所示。三维整体模型工程屋盖由12榀空间门式钢钢架组成,跨度82.4米,中心距8,0米,钢刚架为四肢组合的格构式结构。构件间的连接节点均为相贯节点,钢架柱(钢管连接于看台部分的钢筋混凝土柱,屋盖结构外形简洁、流畅,节点形式简单,刚度大,几何特性好。

单榀空间门式钢刚架单榀空间门式钢刚架(有连系杆单榀空间门式钢刚架(有连系杆

刚架柱支座 ●空间结构 ●网格结构 ✧网架结构

一:2008奥运会国家体育馆

国家体育馆位于北京奥林匹克公园中心区,建筑面积80 476m2 ,固定座席118 万座,活动座2 000座,用于举办2008 年奥运会的体操、手球比赛,赛后用于举办体育比赛和文艺演出。虽然体育馆在功能上划分为比赛馆和热身馆两部分,但屋盖结构在两个区域连成整体,即采用正交正放的空间网架结构连续跨越比赛馆和热身馆两个区域,形成一个连续跨结构。空间网架结构在南北方向的网格尺寸为815m,东西方向的网格有两种尺寸,其中中间(轴a和○K之间 的网格尺寸为1210m,其他轴的网格尺寸为815m。按照建筑造型要求,网架结构厚度在11518~31973m之间。不包括悬挑结构在内,比赛馆的平面尺寸为114m ×144m,跨度较大,为减小结构用钢量,增加结构刚度,充分发挥结构的空间受力性能,在空间网架结构的下部还布置了双向正交正放的钢索,钢索通过钢桅杆与其上部的网架结构相连,形成双向张弦空间网格结构。其中最长桅杆的长度为91237m,钢索形状根据桅杆高度通过圆弧拟合确定。在

热身馆区域,不包括悬挑结构,结构跨度为51m ×63m,跨度较小,空间网架结构的高度与跨度比较

协调,不需要在网架结构下部布置钢索。图2 是结构布置图。

在网架结构的上弦平面内,除布置正交正放的上弦杆件外,还布置了菱形支撑杆件。菱形支撑的四个角点均位于上弦节间的中点,该点也是网架斜腹杆的上弦点。其中在比赛馆的四周边界满布菱形支撑,在内部跳格布置菱形支撑;在热身馆区域,仅在四周边界布置菱形支撑。由于比赛馆内的菱形支撑没有连续布置,为进一步提高上弦面的稳定性,通过隅撑和檩条系

统将菱形支撑连成整体,组成完整的上弦面内支撑体系(见图2(a。在网架结构的下弦面内,沿四周边界布置交叉支撑(见图2(b。除在四周边设有支座外,在热身区域和比赛区域交界处还有一排柱子支承,整个屋盖结构为东西方向单跨简支,南北方向两跨简支。具体支座的方式为在屋盖结构的8 个角点为三向固定球铰支座,其余为单向(法向 滑动球铰支座

或双向滑动支座。

a 上弦杆 c 悬索和杆件的布置图 b 下弦杆

d 1_1 e 2_2 二:上海世博会主题馆

上海世博会主题馆地上建筑面积约8万m2,地下建筑面积约4.8万ITl2,建筑高度为26.30 m。

主题馆平面水平投影为矩形,南北向长217.8 mC包括南北两侧各18.9 m悬挑屋檐。东西向长288 m。其中,屋面南北方向由6个V形折板单元组成波浪形屋面,每个折板单元的波长为36 ITI,矢高3 ITI,波脊标高为26.3 Fn,波谷标高为

23.3 m。

屋面由西侧展厅屋面、中厅屋面、东侧展厅屋面以及挑檐四部分构成。西侧展厅沿屋面南北向每间隔18 ITI布置一道预应力张弦桁架。预应力桁架结构高11.5 ITI,上部刚性杆件结构断面为正三角形立体桁架,高3 1TI、宽3 ITI,下部距预应力桁架两端45 1TI处各设置了两对空间V形撑杆,见图3。中庭及东部展厅自西向东结构的支承跨度依次为54,45,45 m,将西侧展厅预应力桁架的刚性上弦即3 m高的正三角形立体桁架向东侧屋面延伸连续布置,从而形成长度为270 m的四跨连续桁架梁[1],见图3。檩条一端连接于桁架上弦节点、另一端连接于桁架的下弦节点;在檩

条结构层内满堂布置约18 1TI×18 m的交叉支撑,见图4。建筑③,@轴的外侧南北挑檐外挑约18.9 m,挑檐结构轴测图见图5。屋盖结构通过抗震球铰支座支承在下部钢结构柱柱顶,由西向东屋面桁架分别支承于⑩轴、⑨轴、⑩轴、④轴和⑤轴柱的柱顶。其中⑨轴和⑩轴柱顶支座为固定球铰支座,⑩轴、⑦轴和⑤轴柱顶采用施工过程中滑动,待屋面围护结构和幕墙结构安装完成后,再进行固定,使支座的工作模式变为固定铰支座,屋盖结构能与下部支承结构更好地协同工作。

屋面结构东西向剖面

屋面檩条及支撑布置挑檐结构轴侧示意屋盖单独模型

主题馆下部结构采用钢框架结构,柱子为方钢管截面,柱间支撑采用了钢支撑和阻尼器支撑的混合支撑体系。

三:广州亚运会台球壁球综合馆 温度缝的设置 节点设计

四:2008奥运会鸟巢

国家体育场建筑体形上像鸟巢新颖独特,具有一定的独创性。可容纳8万人(奥运会期间可容纳10万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间设185.3mX127.5m开口。

整体承重结构由一系列门式刚架绕着内环旋转而成,这种结构布置形成一种三维空间承重体系。每一榀刚架由高12m的屋盖桁架和三角形桁架柱组成,均采用加肋薄壁箱形截面,为了形成鸟巢效果主桁架上弦上还设有交叉的次要构件,也采用箱形截面。总用钢量现已优化到4.2万t。较前降低了1.2万t。

网壳结构

一:北京老山奥运自行车馆

屋盖结构采用双层球面网壳结构。网壳跨度133.06m,沿周边外挑8.238m,矢高14.69m, 总投影面积约17000m2。网壳通过24对人字型柱支承于沿周边均匀分布的24根钢筋混凝土柱柱顶,人字型柱柱顶设置钢结构圈梁,利用网壳外挑部分设置圈梁桁架。钢筋混凝土柱柱顶标高+7.15m,网壳最高点标高+35.49m。网壳采用四角锥网格,最大网格尺寸为

4.96m×4.24m,厚度2.8m。

屋面采用轻型金属屋面板,局部为玻璃采光屋面。网壳采用焊接球节点,最大杆件为

Φ219×14,最大球节点为D650×30,用钢量约为95kg/m2,其中双层球面网壳部分为60kg/m2,人字型柱及钢结构圈梁35kg/m2。

其设计及施工创新点有下列几方面: •老山自行车馆屋盖采用的带人字型柱的双层球面网壳结构概念清晰、传力明确、应力分布合理,具有良好的抗震性能和稳定性能;•环梁与柱脚铸钢球铰支座有效的减小了网壳对支柱及基础的推力,同时也解决了大跨度网架结构的温度应力问题;•设置肋板与垫板提高了环梁大直径圆钢管(D=1200相贯节点抵抗局部失稳的能力,缓

解了节点相贯处的局部应力集中,有效的提高了节点的复杂应力作用下的承载能;•该网壳结构采用了外扩拼装及圆形拔杆群接力提升就位的安装方法,该方法简便可行、易于控制安装精度且施工费用低。

二:2008奥运会乒乓球馆

该体育馆屋盖的造型充分考虑了中国传统建筑特色和北京的城市建筑风格(图1 ,在建

筑形象上抽象地表达了乒乓球比赛的特点。整个屋盖的屋檐水平投影为9312m×72m 的矩形,长边屋檐向外挑出4m,短边屋檐外挑616m,屋檐的直线部分建筑标高为2114m,弧形部分屋檐的最高点标高为2815m。中央球壳的矢高为7m,其支承边界的直径24m,球冠标高为3313m。球壳覆面材料为玻璃,这就可以让自然光线穿过中央球壳照入室内。连接球壳边界与弧形屋檐高点的两条由低到高螺旋状的屋脊与透明的中央球壳成为屋盖建筑造型的特点,象征着乒乓球对速度、力量、旋转的综合要求。屋面其余部分由屋檐、屋脊、球壳构成其曲面边界,其曲面造型随这些边界形状的变化而渐变。整个屋面由于两条屋脊的旋转起伏形成了在空间上呈反对称的异形扁壳曲面。

作为奥运史上第一个乒乓球专用比赛场馆,北京大学体育馆的屋面造型非常独特(图1。该屋面除了中央矢高为7m,跨度为24m 的中央球壳为球面外,其余的屋面部分无法采用解析曲面对其进行描述。然而屋面曲面形态的准确描述是屋盖结构选型、构件定位、排水设计、屋面施工的基础。为此,首先采用了NURBS技术完成其屋面的曲面形态设计。该体育馆中央球壳的标高为3313m,球壳周边的圆形支承边界的标高为2613m,旋转屋脊低端与中央球壳的圆支承边界相切,高端在屋檐处的最高点标高为2815m。两条短边直线屋檐的标高为2114m,两条

长边屋檐直线部分的标高也是2114m,曲线部分由两段相切的弧线组成,最高点为2815m。整个屋面即由中央球壳支承边界、两条旋转起伏的异形屋脊、四条异形屋檐构成了其曲面的边界(图2。在曲面建模程序中,首先完成上述曲面边界曲线的建模,作为屋面形态设计的主控制线,其中两条旋转屋脊采用样条曲线描述,其余的边界采用直线和圆弧进行描述。然后对屋面进行分区(图3 ,利用屋面呈反对称的特点,将屋面分解为几个具有异形边界的细分子域,每个子域的曲面形态即由其异形边界的曲率控制。结构体系与布置

在充分分析屋盖建筑造型特点的基础上,经多次方案论证,屋盖结构采用预应力平面桁架壳体(图6。结合下部的混凝土结构柱网布置,共布置了32 榀辐射桁架,辐射

桁架外端的竖腹杆(立柱 与下部混凝土结构的柱中心对齐,并通过抗震球铰支座支承于混凝土结构的柱顶,支座中心的水平投影位于64m×80m的矩形上;辐射桁架内端由中心标高2613m、内径24m、断面宽2m、高5m的菱形受压刚性环连接成整体,进而形成中央球壳的支承结构。为了使结构造型与所取曲面形态一致,充分利用桁架结构建筑造型适应能力强的特点,将桁架上弦杆计成其轴线位于屋面曲面内的复杂曲线形状,下弦与上弦平行,桁架高215m,腹杆布置方式确保了较长的斜腹杆受拉,较短的竖腹杆受压。与每榀辐射桁架对应,在其下部设32 根预应力辐射拉索,拉索外端锚固于辐射桁架下弦与支座相邻的节点处,内端连接于标高2213m、内径26m 的水平受拉刚性环上。受拉刚性环通过高4m 的人字型受压撑杆与受压刚性环的下弦杆连接,从而将下部张拉索系与上部组合壳体组合成整体,形成杂交张拉结构体系。在施工安装阶段,通过张拉拉索对结构施加预应力,从而使人字型撑杆受压,实现对壳体反向加载,相当于对结构卸载,使结构产生与竖向荷载作用相反的内力和变形;在附加恒载和使用荷载作用下,壳体和拉索共同工作抵抗荷载,拉索、撑杆构成上层壳体的弹性支承。由于上述拉索预应力和弹性支承的共同作用,使得最终壳体的内力和变形明显减小,实现对壳体应力和变形的主动控制,从而大大提高了结构效率。

水平受拉的刚性环为截面宽115m的平面桁架,其两根弦杆为<426 ×20 ,腹杆为<203 ×。在受力上,受拉刚性环主要在水平方向承担拉索锚固端传来的水平拉力,在竖向通过人字型撑杆与受压刚性环整体协同工作,形成了上部受压、下部受拉的高9m 的筒状刚性环。在使

用功能上,受拉的刚性环同时兼作吊挂灯具设备的马道。

中央球壳为跨度24m、矢高为7m 的单层钢管壳体,网格的水平投影尺寸为2m ×2m,钢管规格为<159×6 ,钢管之间的连接采用直接相贯焊接。球壳沿周边支承在受压刚性环内侧中弦杆的节点上。而辐射桁架的上、下弦杆分别与受压刚性环的外侧中弦杆、下弦杆连接,这就可以通过受压刚性环的空间协调受力作用实现中央球壳的荷载向辐射桁架传递。

为了使整个屋盖结构具有足够的空间承载刚度、各榀辐射桁架能协同受力,沿环向布置了6 道水平间距约为5m的同心环向支撑桁架,并在桁架上弦平面内布置联方形交叉支撑,这样布置的支撑体系一方面在宏观上可以有效地提高壳体面内的剪切刚度,形成空间受力体系,另一方面可以防止辐射桁架上、下弦杆发生出平面的屈曲(图6(d。

鉴于扁平的屋盖壳体在支座节点处将对下部混凝土结构产生较大的推力,32 个抗震球铰支座中除了4个角点处的支座为固定铰支座外,其余28 个支座均为单向滑动支座,长边支座沿y 方向滑动,短边支座沿x方向滑动。这样在活荷载、风荷载、雪荷载和多遇地震作用下,屋盖就不会在下部混凝土结构抗推承载力较弱的方向对下部框架产生推力,减小下部结构的梁柱截面。支座滑动对屋盖结构支承刚度的削弱,由锚固于临近支座的辐射拉索来弥补。为防止罕遇地震作用下滑动支座脱落,通过限位措施,限制滑动支座的滑程为±70mm。

屋盖钢结构杆件采用Q345B 级钢的圆钢管,杆件详细规格见表2 ,所有杆件节点形式为空间相贯节点。拉索采用了破断强度为1 670MPa 的半平行钢丝束拉索,由151 根<5 的钢丝经大节距扭绞而成,其等效直径约60mm。

屋盖结构平面辐射桁架轴测图拉索、受拉刚性环及撑杆轴测图屋面支撑体系轴测图

屋盖结构剖面图刚性环整体轴测图 三:上海世博会阿联酋馆

世博阿联酋馆建筑高度为 20m, 总建筑面积为3457m2。阿联酋馆的屋盖由四部分组 成:不透光部分(沙丘正面、天 窗部分(沙丘背面、中央步行 道屋面与入口处的悬挑雨篷(详 见图2~4 ,屋盖结构关于轴对 称。沙丘不透光部分为单层网壳

结构,三角形网格的尺寸基本为2m ×2m ×2m,每个网格的三个角点作为屋面系统的支承点。网壳杆件截面为矩形钢管,截面尺寸为240mm ×80mm,壁厚为8 ~12mm,材料为Q345B。

网壳节点处,钢管的端部设置拧螺栓的施工孔,并焊有ZG20SiMn的铸钢件,铸钢件上设置螺栓孔。对应铸钢件的上下部分分别设置圆环形连接件,连接件采用45 号钢。铸钢件与圆环

形连接件通过1019级的高强螺栓连接,螺栓规格主要为2M24,部分为2M27,并按照钢结构设计规范要求施加预紧力。节点构造详图6,该节点为典型的半刚性节点。

弦支穹顶

一:2008奥运会羽毛球馆

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构已经建成并投入使用.是世界上最大跨度的弦支穹顶结构,如图1.3所示。该馆采用经济合理的联方.凯威特型弦支穹顶结构体系,跨度为93m,矢跨比未1111.9。上层为单层网壳,下部布置5圈预应力索杆体系,撑杆高度为3.9m∞H 州。2008年奥运会羽毛球馆位于北京工业大学,总建筑面积24383 m2,其中,地下2580m2,基地面积24383 m2,·总用地面积66124m2,体育馆规划用地面积为44355朋2。总坐席数7508席,其中固定席位5480席,临时席位2028席。建筑总高:最高点为25.95m,檐口高14.83m。建筑层数:地上2层,地下1层,屋盖采用联方一凯威特型弦支穹顶结构体系,跨度为93.0In,矢高9.3m,矢跨比为1/10。上弦为联方一凯威特型组合单层球面网壳,下部布置五圈索体系,撑杆高度为3.9m。网壳的环向杆件采用0245x9,径向杆件采用0245×10,撑杆采用①159x6的Q345c钢管。环向索从外到内分别采用拉索SNS/S一7x199,5x139,5x139,5x61, 5x61。径向索最外圈采用SNS/S一5x61,其余四圈采用SNS/S一5x37。钢管的弹性模量

E=2.06e11N/m2,索的弹性模量E=1.9e11N/m2。初拉力通过施加单元初应变引入,径向索的初拉力通过环向索间接引入。网壳节点为刚接,撑杆与网壳的连接点和撑杆与索的连接点为铰接,边缘支撑采用刚性环桁架梁。

由于施工方法的限制,上层网壳的安装定位依靠布置在节点下部的临时支撑

完成，焊接完成后部分结构自重仍由临时支撑承担。

本文计算中采取的计算模型加入了外部2.4m的悬挑部分,悬挑部分采用了“羽毛主径’’的变截面H型梁,沿梁长方向,梁截面高度、宽度均呈线性变化,翼缘厚度根据应力大小分段变化,钢梁腹板开圆孔,孔径为梁截面高度的2/3,沿梁长方向分步,中心距离为2倍孔径。钢梁材质为Q345B,截面尺寸为H850x 350×12×20,-,300x 250x 12×18,H600x 300×10x 14-,300x 250x 10×12。

膜结构

一:上海世博会世博轴 1 工程概况

2010年上海世博会世博轴及地下综合体工程,位于世博会浦东园区核心, 南北长1045m, 东西宽地下

995~ 1105m, 地上80m。世博轴 顶棚包括两个 不同类型的结构 体系: 索膜结构 和6个建筑造型独 特的钢结构!阳光

谷∀, 6个阳光谷共提供给膜结构18个支撑点, 将两者结合成整个顶棚结构(图1、2。索膜顶棚覆盖了105m 标高平台层的大部分空间, 起到遮阳挡雨的功能, 满足大量人流安全、舒适地从地上出入园、等候、安检、票检、休憩餐饮的需要。膜面结构造型轻盈优雅, 与通透挺拔的阳光谷浑然天成。

图2索膜结构模型图3顶棚平面图图 4建筑纵剖面图 顶棚结构平面图、剖面图见图3~ 5。2结构体系

索膜顶棚采用连续的张拉式索膜结构体系, 总长度约840m, 最大跨度约97m, 膜面总投影面积约61000m2, 展开总面积约65000m2, 单块膜最大展开面积约1800m2, 膜面单元一般呈三角形。膜材采用A级PTFE膜。

索膜结构边索单跨最大约80m, 脊索最大跨度约115m, 为大跨度柔性结构。膜顶主要由承重作用的脊索、边索和稳定作用的张拉膜构成(图6, 1根边索、2根脊索和膜形成了三角

形为顶面的倒锥台状,膜面为双向曲面, 膜焊

缝主要沿经向放射形布置。整个膜顶支承于外

桅杆、内桅杆及阳光谷钢结构上。

索膜结构的最高点由26组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成, 最低点由19组内桅杆下拉点、5组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成。外桅杆一般高度为35m, 紧邻中间4个阳光谷均有1根较低的外桅杆(高度为17m , 阳光谷SV5、SV6之间外桅杆高度为38m。下拉点处, 膜在18m 或21m 标高处固定在下拉钢环上(钢环直径5m , 钢环支承于内桅杆。内桅杆的增设, 主要控制风荷载作用下膜下拉处的水平位移及向下位移。内桅杆与外桅杆顶部由水平索连接, 水平索的增设, 协调了内外桅杆的水平位移, 由背索、外桅杆、水平索、内桅杆、外桅杆、背索形成了稳定的结构体系。内桅杆顶部设斜吊索与谷索相连, 以控制膜的向下位移。索膜顶棚两端4片膜为四边形, 每片膜对角线设有1根抗风索。支于边索的膜片上设有1根抗风的短谷索。外桅杆后背索最粗, 为155, 脊

索为110, 边索为70, 谷索为65。

图29 1号节点处背索破坏后膜面变形

注: 图中数值为1号节点处背索破坏后各索内力值, 图301号节点处背索破坏后索内力分析(单位: kN 二:2008奥运会水立方

国家游泳中心建筑体形简单,为170m x170m x29m方盒子状,屋盖厚7m,墙厚5.4m,可容纳1.7万人,外墙及屋面的填充单元是由十二面体和十四面体组合而成的异型网格或称WP 多面体(Weaire-phelan,然后再按一定角度斜切成水泡状网格。既有上弦,也有下弦,中间为腹杆。网格内外均铺设透明的ETFE充气膜膜枕,赋以整个建筑以晶莹剔透的外表,这种结构又称之为“水立方”(Water Cube。杆件仍用传统的方钢管(上下弦及圆钢管(腹杆,而节点大多数为我国采用最普遍的常规和异型焊接空心球节点。

•在建筑结构中采用WP多面体网格达到水泡效果为空间网格结构大家庭增加一员堪称一大创新;•网格杆件采用圆钢管及方钢管,由于除受轴力外还有弯矩及扭矩存在,端部需加强.,与此

相接的节点采用一般和异型焊接球节点,杆件和节点都有新的计算方法为国内外首创,计算公式已列入我国正在修订的空间网格规程.•网格填充的两层气枕采用使用寿命长达30年、透光度高、不自燃、自洁性好的ETFE(乙烯--四氟乙烯膜材,这在我国尚属首次。ETFE膜面有许多镀点起到折射阳光及保温作用。

第四篇：发展劳务经济促进跨越发

发展劳务经济促进跨越发展

劳务经济是改革开放以来，由劳动力特别是农村富余劳动力大规模跨区域转移就业而产生的新型经济形态。近年来，郴州市委、市政府以建设全省劳务经济最发达市之一为目标，始终把发展劳务经济作为实现经济跨越式发展、全面加快小康建设的重要突破口来抓，取得明显成效。2003年，全市劳务输出71万人，比上年增加6万人，劳务总收入43亿元。劳务经济的发展有力地推动了全市经济和社会的持续快速健康发展。2003年，全市实现GDP324.2亿元，同比增长11.2%，高于全省1.6个百分点；2000年至2003年，全市新增就业人口31万人，其中通过劳务转移就业24万人，占77%，劳务经济已经成为促进就业最主要的渠道；2002年全市农民外出务工总收入32.7亿元，人均859元，农民外出务工收入成为农民收入增长的主要来源。此外，劳动力的大量转移也促进了农村社会大局的稳定。

一、我市劳务经济发展的现状

1、劳务输出型经济生机勃勃。与过去相比，我市劳务输出不仅在数量上有明显增加，而且在质量上也有明显提升，呈现出常年型、劳技型、簇群型和组织型的特点。据统计，全市季节性、临时性务工人员比重逐年下降，常年外出务工人员超过70%。劳务人员中具有中专以上学历的有7万多人，占12%，大多数人具有一技之长，许多打工者由劳工型转变为劳技型。安仁县牌楼乡农民有800多人在广州从事玻璃工艺生产，其中有100多名进入白领阶层，年收入均在10万以上。劳务人员80%集中在珠江三角洲地区，依地域和行业呈簇群发展之势，竞争能力不断增强。嘉禾县在东莞务工人员7万多人，在当地的货运市场、轮胎市场、废品回收市场处于垄断地位。劳务输出的组织化程度提高，去年全市新增输出人员有1/3以上是由劳动部门或相关机构组织输出的。

2、“回流”创业型经济迅速扩张。近几年来，与“打工潮”交相辉映的是“创业潮”的兴起。全市返乡创业人员已达5万余人，创办投资100万元以上的企业1300多个，创造就业岗位3万多个。嘉禾县是全国21个返乡创业试点县之一，该县把引导劳务人员返乡创业作为建设经济强县的重头戏来抓，外出务工人员返乡创办企业9800多家，年产值9.8亿元，占全县GDP的一半。省人大代表、返乡创业人员周秀娟创办的嘉禾顺利锻压工具有限公司，已拥有固定资产1000多万元，流动资金380万元，去年实现产值1400万元，税金20多万元，安置就业人员300多人。

3、国际劳务出口迈出实质性步伐。近年来，我市充分发挥人才技术优势，大力拓展国外劳务市场。2003年累计向境外出口劳务790余人，劳务收入180万美元。郴电国际、郴建集团、郴工集团等企业和嘉禾、临武县积极组织劳务出口，取得良好的经济效益。今年3月，郴电国际一次性出口技术劳务15人，工期6个月，承担印度乌鲁米电站安装工程，合同总金额160万美元，标志着我市水电系统技术劳务出口实现了历史性突破。郴建集团与南非谢氏集团合资兴建高档住宅、与青岛南非办事处合资兴办中国商品大型超市等项目也已运作动工，带动劳务出口10多人。

二、我市发展劳务经济的主要做法

一是摆正位子。市委、市政府坚持把发展劳务经济作为一项重要工作来抓，制定了《关于大力发展劳务经济实现社会充分就业的意见》，将发展劳务经济列入全市综合考核事项，设立了“发展劳务经济，促进充分就业目标管理奖”，在全市开展创建“劳务经济最发达县（市、区）”和“就业最充分社区（乡镇）”活动，为我市劳务经济的发展奠定了坚实的基础。

二是疏通路子。我们积极发挥政府的引导作用、市场的带动作用和社会各方面协同配合的作用，为扩大劳务输出疏通了三条绿色通道。首先，政府引导输出。市县两级均成立了由党政负责同志挂帅的劳务经济工作协调领导小组，乡镇和街道办事处成立了劳动保障服务站。在劳务人员比较集中的东莞、深圳、广州、江门、清远等地区，设立了专门的劳务输出办事机构。市政府驻东莞办事处现有工作人员7人，他们为在东莞的45万郴州藉务工人员提供法律咨询、就业信息、劳务纠纷调解以及返乡交通等服务，被誉为“打工仔的娘家”。嘉禾、临武县还在东莞设立了流动人口党委、党支部。春节前后，许多地方专门组织车辆去务工地接送劳务人员，并通过联谊会、恳谈会和登门走访等形式慰问劳务输出人员，促进了劳务输出工作。其次，中介服务输出。市劳动力市场、市人才交流中心加强信息网络建设，建立了劳务信息计算机网络和人才资源库。同时，与广东、深圳等省市的10多个县市100多家企业建立了劳动就业信息网，准确及时地传递各种劳务信息。再次，教育培训输出。完善了以郴州职业技术学院、郴州技术学院、湘南技校为龙头，各类技工学校和职业学校为主体，县（市、区）就业培训基地为骨架的就业培训网络，建立了涉外劳务培训基地。全市各类职业学校和就业培训机构共48家，年均毕业学生和培训人数3万人。各学校和培训机构加强与输入地用人单位联络，积极调整专业课程设置，并采取订单培训、委托培训等形式培训高素质劳务人员。近几年，我市每年通过正规培训输出的人数都在2万人以上，成为扩大劳务输出的重要渠道。

三是搭建台子。我们积极为返乡创业者提供创业平台，全市共规划各类返乡创业园、创业一条街近50多个（条）。通过落实优惠政策、营造优良环境、提供优质服务，引导务工人员返乡创业，使创业经济迅速成为我市劳务经济发展的一个亮点。嘉禾县投入财政启动资金近400万元，着力建好坦塘、城南、塘水、鸭婆山、车头等五大返乡创业龙头基地，吸引外出务工人员入园创业。其中鸭婆山返乡创业园从去年6月至今，已落户创业型企业8家，引进资金2000多万元。

三、我市发展劳务经济面临的问题及对策

当前，我国已进入全面建设小康社会，加快实现社会主义现代化的新的发展阶段，工业化、城市化呈加速发展之势，劳务经济正面临新的发展契机。我市劳务经济发展的总体形势是好的，但其潜力远未得到充分发掘，特别是还存在组织机制不完善、信息机制不通畅、服务机制不到位、保障机制不健全等一系列问题，制约了劳务经济的快速健康发展，我们要抢抓机遇，乘势而上，着力解决发展劳务经济面临的困难和问题，积极探索加快劳务经济发展的新思路和新举措，尽快使劳务经济总体水平跃居全省最前列。今后五年的主要目标是：劳务输出年均递增5万人，累计达到90万人，劳务总收入突破75亿元；回流创业人员年均增加0.5万人，投资100万元以上的创业型企业总数突破5000家；出口劳务年均增加10%，劳务总收入突破1000万美元。

1、不断深化思想认识，严格领导责任。各级党委、政府要从战略和全局的高度，深刻认识发展劳务经济的重大经济意义和政治意义，真正把劳务经济作为一项新的富民工程和新的支柱产业来抓。切实加强对劳务经济的领导。各级劳务经济工作协调领导小组要认真履行职责，定期研究劳务经济工作，制定相关政策措施，协调处理各种问题；各有关部门特别是经济职能部门、政法部门、教育部门要各司其职，通力合作，形成政府宏观引导，部门全力支持的工作大格局；工、青、妇等群团组织要积极参与，共同支持劳务经济工作。要切实加大对劳务经济的宣传力度，广泛宣传发展劳务经济的政策措施，宣传开发劳务产业、发展劳务经济的典型和先进经验，宣传回流创业的先进典型，使社会各界都来关心、支持和参与劳务经济工作，在全市上下形成加快发展劳务经济的大氛围和大气候。要严格对发展劳务经济工作的考核，层层签订目标责任状，把发展劳务经济的绩效作为考核评价相关领导班子和领导成员工作实绩的重要依据。

2、健全网络体系，提高输出水平。要在认真总结和推广劳务人员“自谋职业、自主创业、自主脱贫”经验的同时，努力构造劳务输出的组织依托，全力打造郴州劳务品牌，形成劳务输出产业化新局面。一是要加大政府调控力度，提高劳务输出组织化程度。要建立健全由市政府牵头，部门和县（市、区）、乡镇政府具体实施，中介机构和民间组织积极参与的劳务输出产业链条；成立以市劳动力市场为龙头，各县（市、区）劳动力市场，各级政府驻外办事机构为成员的劳务输出企业——劳务经济技术开发中心，建立“上下互动、责任共负、利益共享、风险共担”的运行机制，推动劳务输出上水平、上层次、上规模。二是要加强劳务协作，健全信息网络。尽快形成市、县、乡、村四级上下联通、覆盖面广的劳务信息网络，及时准确地把各种劳务信息传输到基层和农户。加强与沿海发达地区、劳动力输出较大的地区建立劳务输出协作关系，根据需要输送各类打工人员。在进一步巩固扩大向珠江三角洲地区输出劳务的同时，积极开拓以上海为中心的长江三角洲、以北京为中心的环渤海经济圈以及西部劳务市场。加强与境外、国外相关城市和企业的联系，重点开拓东南亚、中东、南非市场，不断扩大劳务出口规模。三是要加强基础建设，建立职业技能培训网。加大对基础教育的投入，并在初、高中开设就业指导课程，尽快使新一代劳动者文化程度和求职本领上升到一个新水平。充分发挥职业学校、技校的教育培训作用，采取灵活多样的办法，举办不同层次、不同类型的定向和储备性培训，提高学员的素质和技能，提升务工层次，增加劳务收入。要积极推行学历文凭和职业资格证书并重的劳动用工制度，制定岗位培训标准，使各类岗位培训制度化、规范化、科学化。四是改进服务模式，健全保障网络。及时调整服务重点，扩大服务范围，对劳务人员实行全方位一体化服务。要推广市政府驻东莞办事处的做法，在各驻外办事处增设劳务输出职能科室或人力资源开发联络处，同时要在其他郴州籍打工人员相对集中的地区专设劳务办事机构，为打工人员搞好跟踪服务，维护其合法权益，解决劳务纠纷。

3、构筑创业平台，形成创业高潮。我们必须在扩大劳务输出的同时，建立健全外出打工和返乡创业双向流动机制，更加重视创业潮，支持创业潮，推动创业潮，逐步实现由打工经济向创业经济的历史性飞跃。一是要为外出务工人员返乡创业提供创业平台。要把吸引外出务工人员返乡创业作为发展劳务经济的重要导向，不断创造条件，加强指导和管理，引导返乡人员兴办有市场、有效益的二、三产业，提倡和鼓励有条件的民工到城镇创业。把回乡创业纳入城镇建设总体规划，市里可以考虑在市经济技术开发区专门规划一个返乡创业工业园，各县（市、区）也要结合新一轮工业园区建设，修建打工园区、返乡创业园、返乡创业一条街，统一规范、统一建设、统一开发。二是要为富余劳动力提供本地就业平台。要把发展劳务经济与发展民营经济、开放型经济有机结合起来，不断加大产业项目建设力度，在加快推进工业化、农业产业化和城镇化进程中，广开就业门路，拓宽就业渠道，扩大就业总量，为富余劳动力提供更多的本地就业岗位。三是要为劳务人员提供政治舞台。外出务工农民绝大多数是农村青壮年，在较长的外出打工

生涯中，学到了技术，学到了管理经验，有带领农民致富的能力。要择优在返乡劳务人员中选拔村组干部，使他们成为带领农民致富奔小康的领头人。要积极选拔优秀劳务人员参加各级人大、政协，符合条件的允许参加国家公务员录用考试，不断提高他们的参政议政能力。

4、营造优良环境，加大扶持力度。要完善优惠政策，对劳务人员办厂、店和从事第三产业，在办理证照、安排场地等方面简化手续，提供方便，优先办理，并按国家有关规定减免经营活动中的各种收费。加大财政扶持和银行贷款力度，疏通融资渠道，引导创业型企业增加投入，加快发展。对新上的高新技术项目和安排就业人员达到一定规模的企业，要视同外商投资企业加以对待，在土地出让、用水用电、税费征收上予以优惠。要加快户籍制度改革，对有合法固定住所、稳定职业或生活来源的外来务工人员实行“零门槛”迁入政策，使之真正实现由农民到市民的转变。同时，允许进城落户的农民保留一定期限的土地承包权，作为一项鼓励农民外出流动转移的过渡性政策。要建立城乡统一的劳动就业制度，创造良好的就业环境，实现农村劳动力与城镇劳动力就业身份、岗位安排、福利待遇、社会保障等方面的一视同仁，扫除农村劳动力进城就业的体制性障碍。要加大对劳务人员合法权益的保护力度，对恶意拖欠民工工资、侵害民工人身权利的各种不法行为予以坚决打击。要切实解决进城居民和异地转移民工子女入学、就医等困难，真正解除劳务人员的后顾之忧。

第五篇：沈阳市城市空间结构分析

沈阳市城市空间结构分析

作者XXX

单位xxxx

摘要：

城市空间结构影响城市的现实生活，而且影响着城市自身的功能和在区域中的作用，城市形态是研究各种城市活动（包括政治、经济、社会）作用力下的城市物质环境的演变，包括城市的内部结构（城市内部的水平结构和垂直结构）和外部形态（城市的外部轮廓）及其相互关系。本文介绍了沈阳市概况，论述了沈阳市城市空间结构的特点，分析了现状与动力机制，最后提出今后发展的建议，以供相关部门参考。

关键字：沈阳 ；城市空间结构；动力机制；演变

引言

城市空间结构一直是地理学者研究城市的热点，它不但反映了城市的现实生活，而且影响着城市自身的功能和在区域中的作用，同时城市所留下的有形物体反映了城市的历史，反映了人的意识和行为。

城市形态是研究各种城市活动（包括政治、经济、社会）作用力下的城市物质环境的演变，包括城市的内部结构（城市内部的水平结构和垂直结构）和外部形态（城市的外部轮廓）及其相互关系。城市内部的水平结构主要指城市的用地结构与功能布局，城市内部的垂直结构主要指城市的三维空间，城市的外部轮廓主要指建设区边界所构成的城市形状[1]。沈阳市概况

沈阳位于祖国东北，辽宁省中部，全市东西宽l05公里，南北长85公里，总面积为8.515平方公里；其中，城建区东西宽18公里，南北长15公里，面积

为164平方公里。沈阳市，东临抚顺市和抚顺县，南与本溪、辽阳两市相连，西与台安县、黑山县接壤，北与彰武、法库两县及铁岭市毗邻，周围地区有丰富的钢铁和能源资源，对发展重工业十分有利。沈阳东部为辽东丘陵，西部是辽河、浑河冲积平原，地势由东北向西南缓缓倾斜，最高处是新城子区马刚乡老石沟的石人山，海拔441公尺；最低处为辽中县于家房的上顶子村，海拔仅5.3公尺。沈阳以平原为主，地势平坦。平均海拔50公尺左右，占总面积的76.2％。山地丘陵集中在东北、东南部，属辽东丘陵的延伸部分，占总面积的9.1%；风景秀丽的辉山、天柱山都在这一地区。另有洼地，占总面积的14.7％。沈阳市城区的地势，起伏很小，平均海拔45公尺左右。大东区较高，最高处海拔65公尺；铁西区较低，最低处海拔36公尺。市内最大高差为29公尺。皇姑区、和平区和沈河区的地势，略有起伏。高度在41—45公尺之间。这种地势，对市区交通及基本建设都很有利。

2沈阳市城市空间结构现状特征

2.1 沈阳市城市定位

沈阳经济区是辽宁甚至东北的核心城市，沈阳要增强对东北地区的引领、辐射和集散能力，建设具有全国性重要影响的国家中心城市，具有国际竞争力的先进装备制造业基地、人与自然和谐共生的生态宜居之都、带动示范作用明显的国家创新型城市、传统和现代文明交相辉映的文化名城，加快向经济开放、文化包容的东北亚国际性城市迈进。

2.2沈阳城市性质

辽宁省省会及沈阳经济区核心城市、国家先进装备制造业基地、国家历史文化名城、国家中心城市。

2.3沈阳的城市规模

沈阳人口规模：规划2020年：市域常住人口1060万，城镇人口920万，城镇化水平达到87%。中心城区城市人口680万。用地规模：规划2020年：市域城镇建设用地1000平方公里，中心城区建设用地710平方公里。

2.4沈阳市域城镇发展与城市空间结构

依托城镇发展带，强化交通和基础设施走廊的支撑和拉动作用，引导产业、人口的合理布局，构建 “多中心、网络化的市域城镇发展新格局。构建“一城、六轴、四带”的布局结构。

一城：指中心城区。六轴：指依托复合交通走廊形成沈大、沈山、沈本、沈铁、沈抚和沈阜六条城镇发展轴。四带：指辽河生态景观带，浑河生态城市带，蒲河生态城镇带和沙河生态城镇带。

规划形成中心城区、新城、重点镇、一般镇四个等级的城镇体系结构。规划形成沈抚、辽中、新民、法库、康平、新城子、空港、胡台和永安等9个新城。

2.5沈阳中心城区规划布局

中心城区用地结构的调整是国家中心城市职能提升的保障，本轮总体规划明确了实现城市由单中心集聚增长向多中心的可持续增长的空间发展模式转变的发展目标。在未来的城市空间拓展中将以发达的城市公共交通为导向、以多中心的网络化公共中心体系为支撑，以大浑南建设为先导构建大都市空间发展结构。

城市总体规划是政府调控城市空间资源、指导城乡发展建设、维护社会公平、保障公共安全和公众利益的重要公共政策之一。在加强规划管理、协调城乡空间布局、改善人居环境、促进城乡经济社会全面协调可持续发展等方面具有重要作用。

2.6沈阳交通和城市组团规划布局

沈阳新一轮城市总体规划在借鉴国外大城市发展形态成功的经验基础上，确定沈阳以“中心组团”式的松散布局结构拓展新的建设空间，沿三环高速公路向沈山、沈大、沈哈、沈抚、沈丹、沈盘等交通干线放射方向发展，按照中心城区、卫星城、建制镇三个层次设置。即以中心城市建成区为核心城区，在其周围设置东部辉山、西部经济技术开发区、北部虎石台、南部苏家屯四个副城区和道义、汪家两个边缘组团[3]。非中心城区部分主要包括挑仙国际航空港副城、新城子副城、新民卫星城、康平卫星城、法库卫星城[5][6]。浑南新区、铁西新区、辉山农业高新区、北部新的大学园区相继建成。城区总体形态出现南北延伸的趋势，浑河南岸的浑南新区、苏家屯副城、大学城以及长白地区的开发，使得城区向浑

河南岸出现显著的空间跨越，城区南北伸展的速度和空间跨度远超过浑河北岸主城区东西向的扩展速度和空间跨度，沈阳开始形成轴向拓展多中心发展的开放式空间扩张新格局。

2.7沈阳绿化景观带规划

沈阳市政府对全市的绿化规划和实施计划进行调整，根据沈阳的自然地理条件，并结合城市未来发展形态，进一步对城市绿化建设做了如下总体规划：确立沈阳市中心城区“一山、一带、两环、五楔”的绿化框架体系。“一山”即东部棋盘山风景区；“一带”即浑河水系及两岸形成的800—1000米的带状绿化水系空间；“两环”即三环防护林带及环城水系景观绿带。在框架体系的控制下形成点、线、面相结合的绿色生态网络。

现今沈阳战略地位和复兴的重要时期，是基本实现老工业基地全面的关键时期，也是建设东北地区中心城市和全面建设小康社会的加速期。为保障沈阳社会经济发展目标的全面实现，完善城市功能，拓展城市发展空间，沈阳新规划了沈阳西部工业走廊、大浑南地区、沈北地区、棋盘山风景区四大城市发展空间的规划。今后拟在这四个方面进行深入发展。

3沈阳城市空间结构的形成因素与现状分析

3.1沈阳城市空间结构现状功能演替与城市空间形态演变

城市空间形态可以看成是城市功能分化和多种活动所造成的土地利用的内在差异而构成的一种地域结构。城市经济功能是城市空间演化的主要动力，其演替过程也是空间形态随之动态变化的过程[5]-[6]。

沈阳城市功能的演替开始于城市的建立初期，1840年以前的城市，城市单一的政治功能使城市形成城方廓圆的形态。随着城市的经济功能由封闭发展期计划体制下的工业生产到改革开放后市场经济主导的城市功能外向化的增强, 城市内部空间已经不能完全满足产业空间的需求。城市产业结构的持续升级不仅促进城市发展能力的增强，而且是现代城市化的重要推动力，产业结构的升级促进城市化模式、城市地域形态的有序变化。另一方面，产业结构的升级变化离不开

城市空间扩展、城市新区开发、城市职能体系变化等城市化诸多方面的空间支撑和需求拉动[7]。一方面在城市内部，通过大规模的旧城改造和“退二进三” 完成了城市土地功能置换；另一方面，伴随着城市经济功能的外向化，城市产业也向着城市外部、城市群体间寻求发展空间[8]。随之而来，沈阳中心城市形成都市区中心城市的多中心形态。

3.2沈阳城市空间扩展与城市人口增长

城市人口的增长是城市空间扩展的主要驱动力之一，人口数量的增加，推动了城市住宅、商业、工业和交通运输等产业的发展，从而推动了城市建设用地的扩展．沈阳市市区人口由1979年的371．3万增加到2010年的499．9万，净增128．6万，而同期的建设用地面积由199．45 km2增加到596．11 km2，两者的相关系数为0．8561。1979--2005年，沈阳市市区人口增长与建设用地扩展之间基本保持同步的发展态势；2005年以来，由于经济的快速增长、开发区的不断建立，导致人口增长对沈阳市城市建设用地扩展的作用逐步削弱。沈阳城市空间扩展速度满了下来。今后沈阳城市空间结构调控方向

整合产业资源，调整城市空间结构是打造“经济中心城市”重中之重。充分利用沈阳城市工业基础和技术力量，调整产业发展方向、优化产业空间布局，依此来整合城市空间，调整城市发展姿态，尤其要突破行政区划的局限，形成更具发展优势的产业发展格局和城市空间布局。

加强基础设施建设，加快城市服务业的发展，是适应建设区域性中心城市的必然要求。建立成熟的区域性中心城市服务体系，以建设区域性商贸物流和金融中心为目标，大力发展现代服务业，改造提升传统服务业，加快发展新兴服务业，提升城市综合服务水平。通过高标准、高起点的规划，建设一批能够适应城市职能提升要求的基础设施，增强沈阳对人口和社会经济发展的承载力，迅速提升沈阳的城市品位和区域影响力。参考文献

[1]熊国平.90年代以来中国城市形态演变研究[D].南京大学博士学位论文,2005:1-2

[2]张鹏.建国以来沈阳市社会变迁对城市空间结构演变的影响研究[D].东北师范大学硕士学位论文,2008: 35-41

[3]刘威.沈阳市快速轨道交通与用地关系研究[D].同济大学工程硕士学位论文,2007:23-27

[4]郐艳丽.东北地区城市空间形态研究[M].北京:中国建筑工业出版社,2006

[5]钟辉.沈阳市公共交通发展模式研究[D].同济大学工程硕士学位论文,2007: 32-35

[6]辽宁省人民政府.土地利用总体规划主要内容[EB/OL].(沈阳市规划和国土资源局).1999-11-03

[7]卢松.城市发展模式的选择与确立—沈阳城市空间拓展与浑南新区开发建设研究(之二)[J]

[8]黑月.沈阳战略规划组图[EB/OL].(城市规划网).2007-06-25

[9]王晓琦.东北四大中心城市空间结构比较研究[D].东北师范大学硕士学位论文,2007: 34-39

[10]周一星，孟延春.沈阳的郊区化—兼论中西方郊区化的比较[J].地理学报，1997，52(4):289-299

[11]刘泉.近代东北城市规划之空间形态研究,以沈阳、长春、哈尔滨、大连为例[D].大连理工大学硕士学位论文,2008:33-37

[12]王厚军1，2李小玉2张祖陆1何兴元2**陈玮2陈延斌1胡建波2.1979-2006年沈阳市城市空间扩展过程分析.应用生态学报[J].2008,19(12)

[13]吴晓青1,2胡远满1**贺红士1,3布仁仓郗凤明.沈阳市城镇扩展时空格局及其驱动力.应用生态学报11,2

[J].2007,18(10)