1 引言

　　随着经济文化的不断发展，建筑行业也必须要有实质性的发展，因为人类生活发展需要更大的空间，更自由的空间，所以会出现一些大跨度建筑结构体系的建筑，比如水立方，鸟巢一些标志性的大跨度建筑。就如今的建筑业来说，大跨度建筑的发展在一定程度上代表了世界建筑类型发展的主要趋势。是因为大跨度建筑的确能提供一个大型的社交活动中心。满足人们一些重要的活动。现如今的大跨度建筑发展已迈入了一个崭新的阶段，与国际水平相比，我国的大跨度空间结构的发展存在一些差距，仍有很大的提升，进步空间。大跨度结构发展迅速，应用广泛。大跨度空间结构设计应正确合理地运用不同的理论知识和实地考察进行精确的分析，同时在空间结构的形体设计中不达到安全，实用，美观的基本条件，还必须注重结构受力的合理性和工程成本的等因素。本文简单概述了大跨度空间结构的发展现状，着重就大跨度空间薄壳结构和膜结构和悬索结构为例说明了大跨度空间结构体系的发展与前景。

　　2 大跨度结构体系的现状及前景

　　现代建筑物的跨度和规模越来越大，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别;大跨度空间结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”，直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳;现在这一地位已被1993年建成直径为222m的日本福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1/3或开启2/3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，采用膜结构技术，其近似圆形平面的直径为204m;美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”采用新颖的整体张拉式索一膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

　　3 大跨度结构体系的形式及特点分析

　　3.1 薄壳结构：

　　薄壳结构是建筑学上的术语。壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。

　　薄壳结构之所以被广泛的运用到建筑结构中，是因为薄壳的特殊物理性质，比如一个人握住一个鸡蛋使劲地捏，无论怎样用力也不能把鸡蛋捏碎。薄薄的鸡蛋壳之所以能承受这么大的压力，是因为它能够把受到的压力均匀地分散到蛋壳的各个部分。建筑师根据这种“薄壳结构”特点，设计出了许多既轻便又省料的建筑物。例如北京火车站，悉尼歌剧院，新德莲花教堂以及其他很多著名建筑，屋顶都采用了这种“薄壳结构”。

　　薄壳结构不但可以减轻自重，节约钢材、水泥，而且造型新颖流畅。但是，曲面壳体的显著的缺点是：模版制作复杂，不能重复利用，耗费木材，大跨度结构在高空进行浇筑和吊装也耗工时。美国根赛特人的分析表明，薄壳结构造价的60%耗费在施工成本上，因而影响了薄壳结构的应用。于是，用平面模版代替曲面模版，用折现代替曲线，由薄平板以一定角度相互整体连结而成的折板结构应运而生。因此薄壳结构会得到很多具有特色建筑师的青睐，在发展前景上也具有很大潜力。

　　壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。

　　除以上几种空间结构外，尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、点连接玻璃幕墙支承结构、索穹顶结构等几种常用空间结构，都有自身的特点和实用范围。比如点连接式玻璃幕墙支承结构能利用玻璃的透明特性追求建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能;索穹顶结构则完全体现了fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想，是由连续的拉索和不连续的压杆组成的一各受力合理、结构效率极高的结构体系。

　　薄壳结构的分类：1.柱面薄壳：是单向有曲率的薄壳，由壳身、侧边缘构件和横隔组成。横隔间的距离为壳体的跨度l↓1，侧边构件间距离为壳体的波长l↓2.当l↓1/l↓2≥1时为长壳，l↓1/l↓22<1为短壳。

　　2.圆顶薄壳：是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度做得很薄，一般为曲率半径的1/600，跨度可以很大。支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。

　　3.双曲扁壳(微弯平板)：一抛物线沿另一正交的抛物线平移形成的曲面，其顶点处矢高与底面短边边长之比不应超过1/5.双曲扁壳由壳身及周边四个横隔组成，横隔为带拉杆的拱或变高度的梁。适用于覆盖跨度为20～50米的方形或矩形平面(其长短边之比不宜超过2)的建筑物。

　　4.双曲抛物面壳：一竖向抛物线(母线)沿另一凸向与之相反的抛物线(导线)平行移动所形成的曲面。此种曲面与水平面截交的曲线为双曲线，故称为双曲抛物面壳。工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型，因薄壳结构容易制作，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，所以应用较为广泛。

　　3.2 膜结构：

　　简介：膜结构又叫张拉膜结构( Tensioned Membrane structure)，膜结构建筑是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式。打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。

　　膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，膜结构车棚是由多种高强薄膜材料及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。

　　膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，自从1970年代以来， 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施大跨度建筑中.。

　　特点： A.膜结构建筑是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式。它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。

　　B.具有良好的环保性、透光性、自清洁性，膜材表面采用PVDF(聚偏二氟乙烯)涂层、或二氧化钛涂层，具有较好的隔热效果，对太阳热能可反射掉70%，膜材本身吸收了17%，传热13%，而透光率却在20%以上，经过10年的太阳光直接照射，其辉度仍能保留70%。

　　C.膜结构中所使用的膜材料每平方壹公斤左右，由于自重轻，加上钢索、钢结构高强度材料的采用，与受力体系简洁合理——力大部分以轴力传递，故使膜结构适合跨越大空间而形成开阔的无柱大跨度结构体系。

　　D. 膜结构建筑所采用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高温性，故能很好的满足防火要求。由于结构自重轻，又为柔性结构且有较大变形能力，故抗震性能好。

　　3.3 悬索结构：

　　简介：悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大，自重小，材料省，易施工。中国是世界上最早应用悬索结构的国家之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊桥跨越深谷。明朝成化年间(1465～1487年)已用铁链建成霓虹桥。近代的悬索结构，除用于大跨度桥梁工程外，还在体育馆、飞机库、展览馆、仓库等大跨度屋盖结构中应用。悬索按受力状态分成平面结构和空间结构。

　　4.大跨度建筑结构体系发展前景的思考

　　未来二十年，将是中国大跨度建筑发展的黄金时期，以北京，上海等一线城市为首，最先崛起一批新鲜建筑血液，将有这些大跨度建筑带动人们对大跨度建筑的认知，认同以及认可。未来人类发展的生活，活动需要技术完善的大跨度建筑结构体系的支撑。

　　中国在各种大跨度结构体系方面，已经做了不少工作以及经验的积累。不管是膜结构，张拉结构等等，在近几年已经呈现比较活泼的势头，这是建筑业的进步标志。

　　大跨度建筑发展的历史比起传统建筑毕竟是短暂的，它们大多为公共建筑，人流集中，占地面积大，结构跨度大，从总体规划、个体设计到构造技术都提出了许多新的研究课题，仍需要建筑工作者去探究。