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隨著社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，在自我私有空間逐漸擴(kuò)的同時(shí)，公共活動(dòng)空間如文化體育場(chǎng)館等的需求也與日俱增，這些需求帶動(dòng)了結(jié)構(gòu)體系，特別是空間結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展。建筑的結(jié)構(gòu)體系不僅呈現(xiàn)出多樣化的特征，而且已經(jīng)發(fā)展到概念設(shè)計(jì)的階段。所謂概念設(shè)計(jì)指的是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅把結(jié)構(gòu)的安全、效率及經(jīng)濟(jì)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，而且更重要地把結(jié)構(gòu)美表現(xiàn)出來(lái)，即在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)出文化的內(nèi)涵，這就是結(jié)構(gòu)哲學(xué)的主要研究范疇?？臻g建筑中最需要建筑與結(jié)構(gòu)的緊密配合，因?yàn)榱W(xué)上合理的建筑造型是能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)美，進(jìn)而可以充分表現(xiàn)出文化內(nèi)涵。在結(jié)構(gòu)哲學(xué)研究的背景下，近來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型空間結(jié)構(gòu)體系有：穹頂結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、開合結(jié)構(gòu)、透明建筑、樹狀結(jié)構(gòu)、攀達(dá)穹頂、卡斯藤結(jié)構(gòu)、弦支穹頂、不完整桁架及張拉整體結(jié)構(gòu)等。
穹頂結(jié)構(gòu)
穹頂結(jié)構(gòu)，在建筑上，有可以用最小的表面積覆蓋最空間的優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)上，具有三維高效傳力的特性，因此一直受到建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的重視。以日本為例，穹頂結(jié)構(gòu)已從原來(lái)的天空穹窿狀結(jié)構(gòu)的含義延伸為非平面型的屋頂結(jié)構(gòu)。特別是1988年?yáng)|京穹頂建成以來(lái)，穹頂建設(shè)熱逐漸升溫，1997年達(dá)到一個(gè)高潮，除兩個(gè)超級(jí)穹頂（阪穹頂及名古層穹頂），四個(gè)型穹頂（小松穹頂、館樹海穹頂、熊本穹頂及扎幌穹頂）的建成外，還有數(shù)個(gè)各種規(guī)模的穹頂結(jié)構(gòu)建成，到目前為止，穹頂?shù)慕ㄔO(shè)熱仍在持續(xù)之中。 　　快把結(jié)構(gòu)工程師站點(diǎn)加入收藏夾吧！
商業(yè)性穹頂建筑以贏利為目的，要求座位多，空間，因此跨度較，如阪穹頂和名古屋穹頂?shù)目缍染^(guò)了150m，雖然結(jié)構(gòu)形式各有不同，阪穹頂為雙層網(wǎng)殼式，而名古屋穹頂卻是單層網(wǎng)殼，但二者均采用了提升類的施工方法。市民公用性的穹頂建筑是日本穹頂結(jié)構(gòu)盛行的一個(gè)最重要的因素。1997年建成的穹頂中除兩個(gè)超級(jí)頂外，跨度在100m以上的型穹頂均為此類。日本社會(huì)的各種團(tuán)體、協(xié)會(huì)成千上萬(wàn)，多至數(shù)萬(wàn)人，少至十幾人都可以結(jié)成社團(tuán)，進(jìn)行各式各樣文化、體育甚至僅僅是座談等的活動(dòng)。為了使市民的活動(dòng)不受天候的干擾，如今在日本各地市，就像圖書館一樣，穹頂建筑正漸成為必備的設(shè)施。特別是在寒冷地區(qū)，市民的穹頂建筑普及很快。市民穹頂建筑因沒有商業(yè)性要求，一般預(yù)算許可的范圍內(nèi)，都盡量地反映當(dāng)?shù)氐奈幕厣?，所以建筑及結(jié)構(gòu)形式更是多樣化。如小松穹頂做成了機(jī)械控制的中間龍骨梁支承的開啟式屋頂，而熊本穹頂則是組合的充氣臘結(jié)構(gòu)。
新型的穹頂結(jié)構(gòu)體系也在不斷的探索實(shí)驗(yàn)中。而且現(xiàn)仍有多項(xiàng)型的穹頂結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)施工中。
結(jié)構(gòu)原理：?jiǎn)螌愉摼W(wǎng)殼、雙層鋼網(wǎng)殼、集成木材網(wǎng)殼、充氣穹頂及各種構(gòu)件與膜的組合形式等。
跨度：最已經(jīng)作到圓形平面直徑為222m的建筑。
矢高比：1/2～1/7，常用1/3～1/5。
1） 攀達(dá)穹頂
攀達(dá)穹頂結(jié)構(gòu)是日本川口衛(wèi)教授針對(duì)跨度穹頂?shù)氖┕ざ岢龅膶＠Y(jié)構(gòu)體系。它把 穹頂結(jié)構(gòu)的環(huán)向作用和徑向作用分解開，撤去部分環(huán)向構(gòu)件，使其成為僅有一維自由度的結(jié)構(gòu)，從而可以將結(jié)構(gòu)整體折疊，在接近地面的高度進(jìn)行拼裝，然后把折疊的穹頂頂升到預(yù)定高度，再加上撤去的環(huán)向桿件，穹頂即告完成。
1999年完工的奈良會(huì)堂2000年將要開工的集散煤穹頂使攀達(dá)穹頂結(jié)構(gòu)體系又有了新的發(fā)展。特別是集散煤穹頂，它首次把攀達(dá)穹頂用于一個(gè)建筑群中，成功地解決了鉸鏈組共同工作的問題。 攀達(dá)穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)及燈光、音響、通風(fēng)管道等設(shè)施均可在接近地面的高度安裝，避免高空作業(yè)，提高了施工安全性，便于監(jiān)理檢查，可較好保證安裝精度；體系僅有豎向自由度，施工過(guò)程中也可以抵抗風(fēng)及地震力的作用；可以提高施工速度，降低工程造價(jià)。
跨度：已建成的實(shí)例中，從60m到180m
高度：30m到60m
造型：穹窿狀、棱錐形、某種特殊的施工態(tài)
2） 弦支穹頂
把張拉整體的概念用于與單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的雜交組合中，形成剛性的上弦層，中間為相 互獨(dú)立的撐桿，下弦為張拉整體的連續(xù)受拉單元，就得到弦支穹頂結(jié)構(gòu)。其原理可以理解為張拉整體加固的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，也可以認(rèn)為是用剛性層取代張拉整體的柔性上弦。
弦支穹頂比單層網(wǎng)殼的穩(wěn)定性高；對(duì)邊界的約束要求低；剛度，可提高結(jié)構(gòu)跨度；層面材料用剛性或柔性均可；具有穹頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。
跨度：已建到了90m
高度：矢高取跨度的1/3到1/5
造型：穹窿狀、橢球狀及坡形層頂
膜結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)主要分為充氣膜及張拉膜兩種。
充氣膜結(jié)構(gòu)是由一定壓力的空氣支承的膜結(jié)構(gòu)，其中還分氣承式和氣脹式兩類，區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)構(gòu)工作機(jī)理和氣壓小的不同。因?yàn)槌錃饽そY(jié)構(gòu)利用了空氣這種唯一免費(fèi)的建筑材料，而且受壓的空氣沒有屈曲的問題，結(jié)構(gòu)有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。但是，從維護(hù)的角度上看有不利的一面，就是充氣膜需要經(jīng)常的鼓風(fēng)充氣以保證一定的內(nèi)壓。氣承式膜結(jié)構(gòu)傳力效率高，因此只需要較低的內(nèi)氣壓，但需要室內(nèi)密閉，這要通過(guò)設(shè)置空氣前室或旋轉(zhuǎn)門來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣脹式膜結(jié)構(gòu)需要較高的內(nèi)氣壓，比如800～1000mm水柱，是氣承式膜結(jié)構(gòu)中氣壓的數(shù)十倍，但室內(nèi)不需要密閉，人們可自由進(jìn)出。
張拉膜結(jié)構(gòu)不需要?dú)鈮?，但?duì)膜的裁剪有很高的要求，不精確的裁剪經(jīng)常導(dǎo)致皺褶的出現(xiàn)。從造型上看，充氣膜結(jié)構(gòu)常是穹窿狀或者某種變化形式甚至小型單元的組合，張拉膜的變化則可以多種多樣。 到目前為止，世界上最的氣脹式膜結(jié)構(gòu)仍是川口衛(wèi)設(shè)計(jì)的富士館，最的氣承式膜結(jié)構(gòu)是東京穹頂。覆蓋單體建筑面積最的張拉膜結(jié)構(gòu)是世紀(jì)穹頂，其圓形底面的直徑為320m。結(jié)構(gòu)中無(wú)柱支承的最的張拉膜結(jié)構(gòu)是用于張拉整體結(jié)構(gòu)的覆蓋層上，比如喬治亞穹頂，跨度達(dá)到200m的數(shù)量級(jí)。
把膜結(jié)構(gòu)僅用做層面材料的工程也很多，特別是在寒冷地區(qū)。在雙層膜材料間送熱風(fēng)是處理雪地區(qū)屋面化雪的常用手段之一。
開合結(jié)構(gòu)
開合結(jié)構(gòu)指屋頂結(jié)構(gòu)可以開啟和關(guān)閉的結(jié)構(gòu)體系。在開合結(jié)構(gòu)的使用中，人們已充分領(lǐng)略到這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性：當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)、雨或雪的天侯時(shí)，將屋蓋關(guān)閉，享受一種溫馨與熱烈；當(dāng)風(fēng)和日麗的時(shí)候，將屋蓋打開，可充分享受自然。
開合結(jié)構(gòu)開啟或關(guān)閉所需的時(shí)間一為10～30min，開合效率以透光率評(píng)價(jià)。 日本已成為具有開合結(jié)構(gòu)最多的國(guó)家之一，小共有幾百座。不僅如此，許多民宅的空間也采用了開啟的屋頂結(jié)構(gòu)。
日本的公司在與加拿人合作建成了加拿的多倫多天空穹頂（直徑203m）之后，很快在福崗建成了更的可開啟福崗穹頂，直徑達(dá)到222m。連同水上世界的宮崎穹頂?shù)?，日本的型開啟穹頂已有十幾座。值得一提的是，一向追求高新技術(shù)的日本，卻在最新建的小松開啟穹頂中，采用了更簡(jiǎn)捷的技術(shù)。
開合的方式主要有三種，水平移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)及疊合。水平移動(dòng)的方式最簡(jiǎn)捷，容易控制；旋轉(zhuǎn)開合經(jīng)常伴隨有水平的二次運(yùn)動(dòng)；疊合的種類較多，有上下移動(dòng)方式，有水平移動(dòng)的折疊，還有包括前兩種運(yùn)動(dòng)方式的連動(dòng)開合方式。 開啟穹頂?shù)募夹g(shù)是建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械及自動(dòng)化三者結(jié)合的題目。一方面，日本仍在花量人力物力研究更新更好的開啟體系，如前田工業(yè)就新提出了軌道折疊式開啟屋頂，還準(zhǔn)備采用太陽(yáng)工業(yè)的新技術(shù)連同屋面膜一同折疊開啟。另一方面，小松穹頂卻采用了機(jī)械關(guān)閉，僅靠自重開啟的結(jié)構(gòu)體系，這種簡(jiǎn)捷的技術(shù)手段克服了許多高科技帶來(lái)的復(fù)雜、非人控環(huán)節(jié)，值得我國(guó)建筑師及結(jié)構(gòu)工程師借鑒。
透明建筑
透明建筑的結(jié)構(gòu)含義就是用玻璃作為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的建筑。早在半世紀(jì)前就開始了玻璃幕墻的建筑嘗試?，F(xiàn)在，用較的結(jié)構(gòu)來(lái)支承的玻璃幕已不能滿足人們的需要。
東京會(huì)議中心的建成在日本引起了轟動(dòng)，不僅僅因?yàn)槠洫?dú)特的船體造型，更主要的是玻璃成為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，玻璃+索+桿的結(jié)構(gòu)體系不僅使東京會(huì)議中心室內(nèi)外一體化，而且白天采用自然光，晚上的燈光效果更成為一種地標(biāo)象征。由于玻璃的脆性、易碎及低受彎強(qiáng)度，玻璃建筑的關(guān)鍵就成為結(jié)構(gòu)工程師的工作，日本已有一些關(guān)于玻璃+索桿結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)。
玻璃材料的性能已有相當(dāng)?shù)母纳?，如在抗沖擊破碎方面。玻璃板作為結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件已較多，玻璃的其它截面形式值得研究。
樹狀結(jié)構(gòu)
顧名思義，樹狀結(jié)構(gòu)為形狀像樹木構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，像仿生學(xué)得到的其它結(jié)構(gòu)一樣，樹木具有強(qiáng)的生命力，樹狀結(jié)構(gòu)的開發(fā)研究也應(yīng)有相應(yīng)的價(jià)值。德國(guó)在樹狀結(jié)構(gòu)的研究上起步較早，已有像斯圖加特機(jī)場(chǎng)后機(jī)廳這樣規(guī)模的工程，日本目前樹狀結(jié)構(gòu)的研究?jī)H在形態(tài)學(xué)分析及靜力性能的研究階段上。
索的新結(jié)構(gòu)體系 索做為一種結(jié)構(gòu)單元，不僅最富于變化，也具有活力，因此是最有生命力的結(jié)構(gòu)形式之一。特別在超跨度的結(jié)構(gòu)中，如懸索和斜拉結(jié)構(gòu)，索將扮演更為重要的角色。 近來(lái)日本發(fā)展了兩種特色的索結(jié)構(gòu)形式，一種是索與梁、拱、殼等的組合（雜交）結(jié)構(gòu)，另一種是從桁架（平面的或空間的）發(fā)展而來(lái)，用拉索取代桁架結(jié)構(gòu)中的拉桿，并對(duì)新結(jié)構(gòu)施加預(yù)壓應(yīng)力使拉索在任何荷載下都不松弛，再將部分多余桿件取掉后，就成為所謂的不完整桁架結(jié)構(gòu)，以上兩種新索結(jié)構(gòu)體系均有工程應(yīng)用。
不完整桁架結(jié)構(gòu)可以最限度地發(fā)揮材料優(yōu)勢(shì)，受壓上弦可用混凝土、石材等做成，下弦用高強(qiáng)度鋼索；僅保留必須的部分腹桿單元；整個(gè)結(jié)構(gòu)體系達(dá)到了少一根桿不行，多一個(gè)單元就多余的結(jié)構(gòu)境界，因此，工程造價(jià)可降低至一種極限狀態(tài)。