论文部分内容阅读
【摘要】规模庞大且空间体系复杂是目前国内建筑发展的主要趋势之一，空间结构在建筑空间设计中所扮演的角色越来越重要。对建筑空间结构的设计与优化显得很有必要。本文介绍了当前建筑空间结构的特征，提出了建筑空间结构的设计与优化措施。
【关键词】建筑 ， 空间结构 ， 设计，优化，措施
【 abstract 】 scale is huge and complicated space system is the present domestic architecture development is one of the main trend, space structure building space design in the role of more and more important. On the building of the space structure design and optimization is very necessary. This paper introduces the construction of the space structure of characteristics, puts forward the construction of the space structure of design and optimization measures.
【 key words 】 building, space structure, design, optimization, measures
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
建筑尤其公共建筑，随着社会的发展所承担的社会职能越来越多也越来越综合，文化、办公、商业、教育等社会职能往往交织综合于一座建筑或互为一体的建筑群之中，导致建筑的规模越来越大，空间体系也越来越复杂，出现了超级建筑综合体以及“城市建筑一体化”的现象。例如，位于北京王府井的东方广场，其总建筑面积达 94 万平方米，相当于 5 个半人民大会堂的规模，集文化、商业、办公、饭店、公寓等设施于一体；位于北京人民大会堂西侧的国家大剧院，其总建筑面积约 16.5 万平方米，是由歌剧院、音乐厅、戏剧场、小剧场以及艺术展廊、表演艺术研究交流中心、艺术商店、快餐厅、咖啡厅等设施（综合了文化、商业、教育等社会职能）组成的建筑“巨构”；位于上海花木行政文化中心区的上海科技馆，其占地面积 6.8 万平方米，总建筑面积 9.8 万平方米，是集文化、教育、体育等设施为一身的综合体。等等。可以说，规模庞大且空间体系复杂是目前国内建筑发展的主要趋势之一，空间结构在建筑空间设计中所扮演的角色越来越重要。因此，对建筑空间结构的设计与优化显得很有必要。
一、当前建筑空间结构的特征
1、材料的多样化
对于空间网格结构来说, 除了普通碳素钢之外,不锈钢与铝合金也得到越来越多的应用。不锈钢不仅用于装饰和雕塑,也开始用在采光大厅和通廊、门厅的雨篷等,它既能承重, 又起了装饰和防腐的作用。至于铝合金,其应用范围更广。
采用建筑织物的膜结构使空间结构迈向一个新台阶。这几年, 我国的膜结构取得了长足的进步, 其中体育场具有举足轻重的影响。建筑织物是一种新型复合材料,具有强度高、自重轻以及透光、难燃、自洁等优点。膜结构的应用说明空间结构能不断接纳高新技术的新成就,始终站在建筑结构发展的前沿。
2、结构形式的多变
空间结构的一个主要优点就是能为建筑提供丰富的造型, 近年来一些大跨度公共建筑,特别是国外建筑师所做的设计表明:一个结构方案已很难从传统的结构形式予以界定,纯粹单一的结构形式是很少的,更多的是它们的组合体。
3、预应力技术的应用
预应力技术过去在悬索结构中已得到广泛的应用, 并且是保证其受力的必要措施,近年来又发展到应用在空间网格结构上,国内已有近10个网架或网壳工程对结构施加了预应力, 从而提高了结构刚度、节约了钢材。关于施加预应力的方式和布索方案、施工张拉全过程分析以及极限承载力分析方面的研究,也有不少进展。
4、地震和风的作用及振动控制
随着空间结构的飞速发展, 动力问题也受到了人们越来越多的关注, 地震或风往往成为设计中的控制因素。对于网壳结构来说, 抗震性能是主要问题,新近的研究已深入到圆柱面与球面网壳的弹塑性性能、考虑屋盖与下部支承结构的相互作用、以及运用静力非线性算法计算网壳的水平地震反应。这些成果将进一步改进网壳结构的抗震设计。对于重量更轻、外形变化更多的膜结构来说, 风的动力作用上升为第一位。对大跨度索膜屋盖结构的横风向非线性共振响应分析以及空气动力失稳非线性分析已经起步并获得了初步成果。看来, 膜结构的风振问题难度更大, 有待于进一步的深入研究。
人们已不满足于消极地抵御地震而是主动地控制振动,这在网壳结构的支座上已进行了一些研究并提出了消能减震的做法, 如万向减振球形钢支座、采用铅芯橡胶板的抗振消能支座等。此外, 对粘弹性阻尼材料支座在减震控制中的性能也进行了研究。
二、建筑空间结构的设计与优化措施
1、健全材料进场复验制度确保原材料以及构配件的质量和规格符合图纸的技术要求，是工程质量和安全保证的先决条件。以往人们多注意有无出厂合格证，如无出厂合格证或有怀疑时才要求复验。事实上，不少材料不是第一手从生产厂直接获得，或者是因为批量少，而得不到生产厂家的原件合格证书，只是得到复印件。这种情况下，如果没有健全的进场复验制度，就可能出现物证不符。如某些钢管的规格，普通结构用管与地质钻探或石油用管都相同，但材质要求不同。后者材质要求中碳高锰，不宜焊接; 而前者要求可焊性。如果进场验货只看规格不复验材质或过于相信复印件的可靠性，很容易出错。因此必须健全材料进场复核检验制度。在市民中心工地，我们严把材料进场检验关，每批材料进场都要抽检，满足设计要求才能进场施工。
2、加强焊接工艺的监督制度焊接工艺是保证焊缝质量与焊接构件尺寸变形符合规范和图纸要求的根措施。目前施工行业对大型焊接结构构件或重要部位，大跨度空间结构构件都有通过焊接试验来确定焊接工艺的措施，而且监督执行也比较好，但是，对所谓的常规构件的焊接，一些企业会把工艺“突破”，甚至连焊工上岗证的要求都放松了，结果因焊缝质量差而造成事故。
3、确保安装脚手架的刚性空间结构常采用满堂脚手架安装，脚手架的刚性必须保证。因为安装过程荷载不断增加，如若刚度不好，支架会不断变形下沉，先安装部分与后安装部分连接困难，并造成附加应力，严重时无法调整。某预应力网壳工程，采用竹木结构脚手架安装，事先没有试压，材料以及搭设条件也差，刚度没有保证，随着网架安装的进度，脚手架不断变形下沉，结果刚拼完的网壳一夜间将支座一半的连接螺栓剪断。所以对于安装脚手架必须经过严格的设計计算并通过试压，确认刚度保证，并在使用过程中不断加固，才可能保证安装质量和安全，绝不能为了费用而忽略了脚手架的可靠性。
4、不能忽视支座标高超差和约束条件的改变钢结构安装精度的要求与支座土建施工的允许误差常常引起争议。而最终又只能由钢结构安装单位根据现场情况采取措施去解决。常发生的是支座埋件轴线与标高超差。一些现场管理人员认识不到支座超差或约束条件的改变对结构安全带来的影响，从而不处理或者随意处理，有一些人认为只要杆件放上去了，固定死了就可以了。超差不调整，螺栓连接的铰支座全部加焊变成了固定支座，改变了设计的约束条件，使整个结构体系发生变化，给建筑留下了安全隐患。
5、重视涂料间的相容性钢结构的涂装保护直接影响外观质量与使用寿命。近年来消防部门非常重视钢结构的防火，要求必须涂防火涂料，但应注意防火涂料应与原底层涂料相配套。
6、建筑空间结构的设计与优化的保障措施。
建筑工程项目的质量控制，管理因素所起的作用越来越大。参加工程项目施工的全体人员应建立严密的质量保证体系，明确责任，参与管理。根据工程的特点和施工队伍的自身情况，确定具体的质量保证计划，明确实施内容、方法以及效果，在实施质量计划中加强质量检查，其结果要用数理统计法进行归类分析，成为以后保证质量的标准和制度，形成新的质量保证措施。
（1）强化宣传教育培训，提高全员的素质要强化全员的质量意识，利用板报，宣传栏等多种形式积极倡导“质量第一，用户至上，追求卓越，争创一流”的精神。做好培训工作，提高职工的业务素质。质量工作是一项技术性、政策性很强的工作，质检人员是这项工作的主要从事者，质检人员的政策水平，职业道德，法制观念，业务素质的高低，直接关系到用户，企业，国家的利益，因此，加强对质检人员的业务培训是提高质量工作的基本保证。
（2）层层把好安全文明施工关，采取有力举措，确保安全文明施工良好局面安全管理是企业管理的重要组成部分，是一门综合性的系统科学。随着我国改革开放的深入发展，建筑业作为我国国民经济支柱产业的地位日益突出，建筑业的从业人员已达到 3000 万人，而其中来自乡村的从业者所占比重达到 50% 以上，为确保施工安全和工期效益，建筑施工企业必须注重安全管理工作。
参考文献：
[1] 谭程中. 空间的潜规则[D]. 重庆大学, 2007 .
[2] 伍颖明. 建筑空间形式的秩序建构初探[D]. 重庆大学, 2005 .
[3] 李明. 山地建筑接地形态的拓扑研究[D]. 重庆大学, 2006 .
[4] 张震莲. 空间之觉[D]. 天津大学, 2006 .
[5] 滕露莹. 论当代建筑空间的动态性[D]. 同济大学, 2007 .
[6] 王彦丽. 建筑空间本质的哲学反思[D]. 西安建筑科技大学, 2005 .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【关键词】建筑 ， 空间结构 ， 设计，优化，措施
【 abstract 】 scale is huge and complicated space system is the present domestic architecture development is one of the main trend, space structure building space design in the role of more and more important. On the building of the space structure design and optimization is very necessary. This paper introduces the construction of the space structure of characteristics, puts forward the construction of the space structure of design and optimization measures.
【 key words 】 building, space structure, design, optimization, measures
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
建筑尤其公共建筑，随着社会的发展所承担的社会职能越来越多也越来越综合，文化、办公、商业、教育等社会职能往往交织综合于一座建筑或互为一体的建筑群之中，导致建筑的规模越来越大，空间体系也越来越复杂，出现了超级建筑综合体以及“城市建筑一体化”的现象。例如，位于北京王府井的东方广场，其总建筑面积达 94 万平方米，相当于 5 个半人民大会堂的规模，集文化、商业、办公、饭店、公寓等设施于一体；位于北京人民大会堂西侧的国家大剧院，其总建筑面积约 16.5 万平方米，是由歌剧院、音乐厅、戏剧场、小剧场以及艺术展廊、表演艺术研究交流中心、艺术商店、快餐厅、咖啡厅等设施（综合了文化、商业、教育等社会职能）组成的建筑“巨构”；位于上海花木行政文化中心区的上海科技馆，其占地面积 6.8 万平方米，总建筑面积 9.8 万平方米，是集文化、教育、体育等设施为一身的综合体。等等。可以说，规模庞大且空间体系复杂是目前国内建筑发展的主要趋势之一，空间结构在建筑空间设计中所扮演的角色越来越重要。因此，对建筑空间结构的设计与优化显得很有必要。
一、当前建筑空间结构的特征
1、材料的多样化
对于空间网格结构来说, 除了普通碳素钢之外,不锈钢与铝合金也得到越来越多的应用。不锈钢不仅用于装饰和雕塑,也开始用在采光大厅和通廊、门厅的雨篷等,它既能承重, 又起了装饰和防腐的作用。至于铝合金,其应用范围更广。
采用建筑织物的膜结构使空间结构迈向一个新台阶。这几年, 我国的膜结构取得了长足的进步, 其中体育场具有举足轻重的影响。建筑织物是一种新型复合材料,具有强度高、自重轻以及透光、难燃、自洁等优点。膜结构的应用说明空间结构能不断接纳高新技术的新成就,始终站在建筑结构发展的前沿。
2、结构形式的多变
空间结构的一个主要优点就是能为建筑提供丰富的造型, 近年来一些大跨度公共建筑,特别是国外建筑师所做的设计表明:一个结构方案已很难从传统的结构形式予以界定,纯粹单一的结构形式是很少的,更多的是它们的组合体。
3、预应力技术的应用
预应力技术过去在悬索结构中已得到广泛的应用, 并且是保证其受力的必要措施,近年来又发展到应用在空间网格结构上,国内已有近10个网架或网壳工程对结构施加了预应力, 从而提高了结构刚度、节约了钢材。关于施加预应力的方式和布索方案、施工张拉全过程分析以及极限承载力分析方面的研究,也有不少进展。
4、地震和风的作用及振动控制
随着空间结构的飞速发展, 动力问题也受到了人们越来越多的关注, 地震或风往往成为设计中的控制因素。对于网壳结构来说, 抗震性能是主要问题,新近的研究已深入到圆柱面与球面网壳的弹塑性性能、考虑屋盖与下部支承结构的相互作用、以及运用静力非线性算法计算网壳的水平地震反应。这些成果将进一步改进网壳结构的抗震设计。对于重量更轻、外形变化更多的膜结构来说, 风的动力作用上升为第一位。对大跨度索膜屋盖结构的横风向非线性共振响应分析以及空气动力失稳非线性分析已经起步并获得了初步成果。看来, 膜结构的风振问题难度更大, 有待于进一步的深入研究。
人们已不满足于消极地抵御地震而是主动地控制振动,这在网壳结构的支座上已进行了一些研究并提出了消能减震的做法, 如万向减振球形钢支座、采用铅芯橡胶板的抗振消能支座等。此外, 对粘弹性阻尼材料支座在减震控制中的性能也进行了研究。
二、建筑空间结构的设计与优化措施
1、健全材料进场复验制度确保原材料以及构配件的质量和规格符合图纸的技术要求，是工程质量和安全保证的先决条件。以往人们多注意有无出厂合格证，如无出厂合格证或有怀疑时才要求复验。事实上，不少材料不是第一手从生产厂直接获得，或者是因为批量少，而得不到生产厂家的原件合格证书，只是得到复印件。这种情况下，如果没有健全的进场复验制度，就可能出现物证不符。如某些钢管的规格，普通结构用管与地质钻探或石油用管都相同，但材质要求不同。后者材质要求中碳高锰，不宜焊接; 而前者要求可焊性。如果进场验货只看规格不复验材质或过于相信复印件的可靠性，很容易出错。因此必须健全材料进场复核检验制度。在市民中心工地，我们严把材料进场检验关，每批材料进场都要抽检，满足设计要求才能进场施工。
2、加强焊接工艺的监督制度焊接工艺是保证焊缝质量与焊接构件尺寸变形符合规范和图纸要求的根措施。目前施工行业对大型焊接结构构件或重要部位，大跨度空间结构构件都有通过焊接试验来确定焊接工艺的措施，而且监督执行也比较好，但是，对所谓的常规构件的焊接，一些企业会把工艺“突破”，甚至连焊工上岗证的要求都放松了，结果因焊缝质量差而造成事故。
3、确保安装脚手架的刚性空间结构常采用满堂脚手架安装，脚手架的刚性必须保证。因为安装过程荷载不断增加，如若刚度不好，支架会不断变形下沉，先安装部分与后安装部分连接困难，并造成附加应力，严重时无法调整。某预应力网壳工程，采用竹木结构脚手架安装，事先没有试压，材料以及搭设条件也差，刚度没有保证，随着网架安装的进度，脚手架不断变形下沉，结果刚拼完的网壳一夜间将支座一半的连接螺栓剪断。所以对于安装脚手架必须经过严格的设計计算并通过试压，确认刚度保证，并在使用过程中不断加固，才可能保证安装质量和安全，绝不能为了费用而忽略了脚手架的可靠性。
4、不能忽视支座标高超差和约束条件的改变钢结构安装精度的要求与支座土建施工的允许误差常常引起争议。而最终又只能由钢结构安装单位根据现场情况采取措施去解决。常发生的是支座埋件轴线与标高超差。一些现场管理人员认识不到支座超差或约束条件的改变对结构安全带来的影响，从而不处理或者随意处理，有一些人认为只要杆件放上去了，固定死了就可以了。超差不调整，螺栓连接的铰支座全部加焊变成了固定支座，改变了设计的约束条件，使整个结构体系发生变化，给建筑留下了安全隐患。
5、重视涂料间的相容性钢结构的涂装保护直接影响外观质量与使用寿命。近年来消防部门非常重视钢结构的防火，要求必须涂防火涂料，但应注意防火涂料应与原底层涂料相配套。
6、建筑空间结构的设计与优化的保障措施。
建筑工程项目的质量控制，管理因素所起的作用越来越大。参加工程项目施工的全体人员应建立严密的质量保证体系，明确责任，参与管理。根据工程的特点和施工队伍的自身情况，确定具体的质量保证计划，明确实施内容、方法以及效果，在实施质量计划中加强质量检查，其结果要用数理统计法进行归类分析，成为以后保证质量的标准和制度，形成新的质量保证措施。
（1）强化宣传教育培训，提高全员的素质要强化全员的质量意识，利用板报，宣传栏等多种形式积极倡导“质量第一，用户至上，追求卓越，争创一流”的精神。做好培训工作，提高职工的业务素质。质量工作是一项技术性、政策性很强的工作，质检人员是这项工作的主要从事者，质检人员的政策水平，职业道德，法制观念，业务素质的高低，直接关系到用户，企业，国家的利益，因此，加强对质检人员的业务培训是提高质量工作的基本保证。
（2）层层把好安全文明施工关，采取有力举措，确保安全文明施工良好局面安全管理是企业管理的重要组成部分，是一门综合性的系统科学。随着我国改革开放的深入发展，建筑业作为我国国民经济支柱产业的地位日益突出，建筑业的从业人员已达到 3000 万人，而其中来自乡村的从业者所占比重达到 50% 以上，为确保施工安全和工期效益，建筑施工企业必须注重安全管理工作。
参考文献：
[1] 谭程中. 空间的潜规则[D]. 重庆大学, 2007 .
[2] 伍颖明. 建筑空间形式的秩序建构初探[D]. 重庆大学, 2005 .
[3] 李明. 山地建筑接地形态的拓扑研究[D]. 重庆大学, 2006 .
[4] 张震莲. 空间之觉[D]. 天津大学, 2006 .
[5] 滕露莹. 论当代建筑空间的动态性[D]. 同济大学, 2007 .
[6] 王彦丽. 建筑空间本质的哲学反思[D]. 西安建筑科技大学, 2005 .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。