土木工程结构设计课程电子书：《网壳结构设计》免费下载

建筑结构通常分为平面结构和空间结构两大类。平面结构如梁、桁架、拱和刚架等,虽然在技术上比较成熟,应用很广,但是,自本世纪以来,大跨度、大空间的建筑在许多国家中得到了迅速发展;这是随着人类物质文明与精神文明的发展与提高,人们从事社会活动和尘产需要建造大跨度的会堂、展览馆、体育馆、餐厅、飞机库,候车厅、工业厂房等建筑而促使的。

平面结构从技术经济方面讲,很难跨越很大的空间,也很难满足建筑平面、空间和造型方面的要求。因此,从某种意义上说,大跨度建筑已成为现代生活中的重要组成部分,受到了世界各园建筑部门和研究部门的重视,开展了广泛的研究和探索。解决大跨度建筑结构最具有竞争性的结构就是空间结构。所谓空间结构是指:结构的形体成三维状态,在荷载作用下,具有三维受力特性并呈空间工作的结构。

在目前的实际工程中,空间结构可分为以下几种类型:薄壳结构、网壳结构、网架结构、悬索结构、折板结构、膜结构以及由上述某二种或几种组成的组合结构,详细观察自然界的一些物体,用仿生的原理可以更好地理解和发展空间结构,图1-1-1列出的几种动物和植物都是以空间结构形式出现的,蛋壳、鸟类的头颅是一种受力性能很好的薄壳机构;蜂窝类似空间网格结构;期蛛阿是一种典型的悬蒙结构;棕相有招皱的叶子如同折板结构;肥皂泡是一种膜结构。

相对于平面结构,空间结构的特点是受力合理,刚度大,重量轻,遗价低,结构形式新颖丰富、生动活泼,可以突出结构美而富有艺术表现力。用钢量低是空间结构尤为突出的特点。1963年美国著名教授、建筑师司密斯(Smith, M.G)对11种、166个已建成的大跨度朝结构工程实例进行统计分析,用相应野度的用钢量指标为评价标准,几种结构的用钢量如图1-1-2所示。从图中可明显看出:当跨度不大时;这几种结构的用钢量相近,而随着跨度的增加,结构的用钢量成为离散的曲线。网架和不同形式的网壳结构均较平面结为节省钢材,尤以网壳结构用钢量最少。