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空間結構超越梁式結構的優勢
從梁的彎矩圖可見,梁沿跨度和截面的受力都很不均勻,材料強度不能得到充分的發揮。對于通常跨度的樓蓋梁來說,可將矩形截面變為工字型截面,進而采用格構式梁(桁架),以提高梁的承載力和剛度。為了實現結構的更大跨越,則必須把梁演變成拱和索,它的橫向擴展就變成了空間結構。因此,空間結構又叫形效結構.
從一些優秀的空間結構上可以看出空間結構符合指標的優勢。
(1) 美國亞特蘭大百年奧運會喬治亞穹頂。橢圓形平面:240.790m×192.020m,它是目前世界上最大的雙曲拋物型準張拉整體體系(TensegritySystem)。該體系由美國M-Levy開發的一種穩定性好的三角形劃分網格穹頂,受力特點是: “連續拉、 間斷壓”,材料強度得到了最充分的發揮(指標1,2)。整個屋蓋用鋼量僅30kg/m2。
(2) 法國巴黎國家工業與技術展覽中心大廳。是鋼筋砼裝配整體式薄殼結構,殼體跨度l與殼的折算厚度t之比:l/t=206m/0.18m=1144倍,而雞蛋殼僅:40mm/0.4mm=100倍。說明人類的巨大智慧。
(3) 廣東省湛江電廠干煤棚。平面尺寸:113.400m×113.400m,柱距79.80m,它是目前我國跨度最大的四柱支承平板網架屋蓋。考慮到煤棚位于湛江順島上,是臺風多發區,網架上鋪置鋼筋陶粒砼三角形帶肋預制板(直角邊4.200m,板的重力密度=14.5kN/m3)。雖然平板網架是科技含量較低的空間結構體系,但仍可通過精心設計,采取八面坡水,腹桿棋盤式布置等手段來強化空間傳力, 用鋼量僅70.3kg/m2(巴基斯坦體育館柱距62.400m, 鋁皮輕屋面, 用鋼就達61kg/m2) 。值得指出的是:由于采用了暗柱帽,網架的施工散裝平臺由5m減低至1m左右,大大節省了施工費用。
1996年9月9日至20日,湛江地區先后遭受了兩次40多年未遇的強臺風襲擊,市內風速達57m/s(12級臺風為33m/s)強風時間持續1h以上,大量的建筑物受到嚴重破壞,但位于臺風登陸口的湛江電廠干煤棚卻完好無損,其陶粒砼屋面也未遭到任何破壞。
(4) 羅馬小體育館。采用外露的叉形斜柱,有力地把巨大的裝配整體式鋼筋砼網肋型扁圓球殼托起,結構清晰、歡快,極富結構力度。
(5) 意大利佛羅倫薩運動場大看臺。建筑師把雨蓬的挑梁外形與其彎矩圖(二次拋物線)統一起來。但又不是簡單的統一,建筑師利用混凝土的可塑性對挑梁的外輪廊進行了藝術處理,在挑梁的支座附近挖了一個三角形孔,既減耗了結構重力,也獲得了很好的藝術效果。
這個建筑,直接地顯示了結構的自然形體,進行了恰如其分的藝術加工,而又不做任何多余的裝飾,使結構的形式與建筑空間藝術形象高度的融合起來,形象優美,輕巧自然,給人以建筑美的享受。
這個例子說明,建筑物的重力感、力的傳遞與其支承的關系,也就是結構的作用,同樣也是建筑藝術表現力的重要源泉。
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(責任編輯:何以笙簫默)
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