大跨度结构在住宅楼中应用的合理性探讨.doc

大跨度结构在住宅楼中应用的合理性探讨 【摘要】进入新世纪以来，随着建筑施工技术的飞速发展，一种全新的建筑结构大跨度结构开始出现，其带来的视觉冲击力和实用价值给人们留下了极其深刻的印象，其应用范围也逐渐广泛起来。近年来，住宅楼的建设中也开始应用大跨度结构。本文就大跨度结构在住宅楼中应用的合理性进行了探讨，并对其应用中一些需要注意的问题作了简要说明。 【关键词】大跨度结构 住宅楼 应用 合理性 前言： 大跨度结构的施工设计起源于二十世纪三十年代，在我国最知名的的大跨度建筑莫过于北京奥林匹克体育馆-也即著名的“鸟巢”了：其造型之美观，结构之简洁，施工之精良，一直备受世人的赞叹。在这种建筑结构的施工技术逐渐走向成熟之后，一些民用住宅楼的建设也开始尝试应用，以取得以往建筑结构所不能达到的效果。 1.大跨度结构的简要介绍 所谓大跨度结构，是指横向跨越60米以上空间的各类结构形式的建筑的总称。在古罗马时代就已有大跨度结构建筑的雏形。在进入新世纪以来，随着新型高强度轻质量的建筑材料（如合金钢、特种玻璃、特种合金等）和高分子合成材料的发展，极大地减轻大跨度结构自重的同时又显著增强了其强度和韧性，其应用变得日益广泛。目前为止，大跨度结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑以及工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等，其在应用中所带来的实际价值也受到人们的交口称赞。 大跨度结构的类型主要包括有折板结构、壳体结构、网架结构、悬索结构、充气结构、篷帐张力结构，每种结构类型的技术特点均不相同，其使用范围也有差异，如网架结构主要用于大型体育场和大型仓库的建设，而悬索结构多用于跨河大桥等。总而言之，作为一种新型的建筑结构，大跨度结构极大地改变了现代建筑的风貌。 2.大跨度结构在住宅楼建造中的应用及其合理性分析 大跨度结构在住宅楼建设中的应用时间并不长，其施工工艺也并不十分成熟，因此其施工技术也是在摸索中逐渐发展。但其应用所带来的效果也是足以令人瞩目的。 2.1住宅楼应用大跨度结构带来的实际效果和合理性探讨 大跨度结构带来的实际效果是十分明显的，一般来说主要包括以下几个方面：（1）美学效果（2）结构优化效果（3）加强了住宅楼的抗部分自然灾害的能力等。下面对这些实际效果逐一作简略的介绍，以便为其使用的合理性提供证据。 2.1.1大跨度结构带来的美学效果 随着人类对精神文化的需求不断提高，人们的审美水平也“水涨船高”。尤其在住宅楼建造方面，其传统的“火柴盒”式的结构也越来越不能满足人们的审美要求。自大跨度结构问世以来，给人们带来了前所未有的美感享受。因此，人们自然而然的会想到将大跨度结构引入住宅楼的建设中。实践证明，在住宅楼建造中应用大跨度结构之后，极大地改变了其旧有风貌，为其增添了令人陶醉的现代化的神韵，很好地迎合了人们的审美观。 2.1.2大跨度结构带来住宅楼的结构革新 传统的住宅楼的建造中普遍使用自重较大，强度较低，韧性较小的钢筋混凝土结构，在获得较大的建筑内部空间时就需要消耗大量混凝土建材，同时也极大地增加了结构重量；而且，这种繁杂的结构也会占用大量的体积，很大程度上压缩了居住空间，恶化了居住条件。而在使用大跨度结构之后，在使用相对较轻的结构重量的同时，能够获得很大的内部体积，便于内部的施工，优化了居住条件，在很多情况下还有利于住宅楼内部的通风和采光。 2.1.3增强住宅楼的抗灾能力 传统的住宅楼在遭遇重大自然灾害（如地震、台风等）时，受限于自身结构强度不够，表现出了较大的脆弱性，非常容易发生倒塌。而且，由于混凝土用量多且易碎裂，一旦遇到极端自然灾害时，一旦坍塌，如雨点般的碎石砸向地面，会对来不及疏散的居民造成极其惨重的生命和财产损失。在使用大跨度结构之后（尤其是整体式钢网结构，合成材料顶盖结构，有机玻璃顶层结构），大大降低了住宅楼的结构重量，增强了结构强度和韧性，很大程度上提高了住宅楼的抗震抗冲击等防灾能力，而且垮塌后不易碎裂，不会扩大破坏范围，将生命财产的损失降低到最小。 综上所述，大跨度结构在住宅楼建设中的价值是极高的，在尝试性应用之后所取得的效果达到甚至超出了预期目标，适应了现代社会的发展要求。随着大跨度结构施工逐渐走向成熟，其使用的合理性也逐渐被社会各界所认可。 3.大跨度结构在住宅楼建筑设应用中需要注意的一些问题 大跨度建筑由于其结构的特殊性，很容易受到自然因素的影响，例如风、震动等，如若在设计和施工时考虑不周，就可能造成大跨度结构的损坏（尤其大跨度顶盖），造成一定的经济损失。因此，在住宅楼建造中大跨度建筑设计施工时，应特别注意其防风和抗震性能。 3.1强风对住宅楼中大跨度结构的影响和处理办法 大跨度结构一般被建造在住宅楼的顶层，一般处于风力较强的空域，因此其防风性能就显得格外重要，如果处置不当，就可能会遭遇到“掀顶之灾”。例如，2010年12月10日的一阵强风，将北京首都机场T3航站楼楼等的大面积金属板掀开，填充其内的部分保温层被吹走，类似的情况还发生在北京邮电大学体育馆、河南体育馆、上海大剧院等，给大跨度结构建造时的防风性能敲响了警钟。 根据相关研究。出现着这类问题的普遍原因是跨度屋面几何外形突变而引起的流动分离。在设计和施工中对这个问题也有一套相应的解决办法的。首先，要对大跨度结构的整体风载荷值以及敏感性强的局部结构诸如屋檐尖角、屋脊或邻近处（这只是一般情况，具体敏感点的分布要根据屋面形状及其局部结构形式来确定）的最大负压系数。然后在对各处最大风载荷均做详细测定下的情况下，在设计时选择合适的大跨度结构的拱度，在风压敏感部位给予特殊的加强加固；同时，还可以在屋脊、四周屋檐及拐角处容易出现负风压峰区的平屋顶边缘处，加一矮护墙，使拐角区域的旋涡抬离屋顶面，使其最大吸力下降到可承受范围之内；或者安置突出物（如烟囱），扰动分离旋涡，也可达到减轻局部区域最大吸力的目的。 3.2震动（尤指地震）对住宅楼中大跨度结构的影响和处理办法 对高层住宅楼使用的网壳屋盖结构（对震动较敏感）来说，抗震性能十分重要。根据相关的分析，这类大跨度网壳五代结构具有自振频率密集，且振动以水平振型为主的特点，在遭遇地震时（地震会产生两种能量均极高的纵波和横波）就极有可能引发共振，造成大跨度结构整体垮塌甚至碎裂。科学研究表明，当结构阻尼比的值增大时，其对地震的反应就会减小。因此，在加强大跨度结构的抗震性能时，应当考虑使用一些强度大，质量轻，伸缩性较强的材料。并且在设计时要注意防止设计出的大跨度结构的自振频率与地震水平波（横波）的振动频率重合或接近，以免造成共振（具体设计时可以用计算机模拟的方法，即将设计出的结构图导入相关的模拟软件中，选取不同的地震波进行模拟震动，来确定大跨度结构的自振频率）。 4.结语 大跨度结构具有很多的优良特性，其在住宅楼建设中的应用也是不可阻挡的潮流。但在具体应用时，必须完善相关的施工工艺，严格选取施工材料，并注意尽量减小自然因素的不良影响。 参考文献 1 陈志华，荣彬，孙国军. 弦支结构体系概念与分类J. 工业建筑，2010.40（8）：1-6. 2 拱形钢结构技术规程（JGJ/T249-2011），北京：中国建筑工业出版社，2011.6