我国体育场馆的大跨度空间结构选型探讨

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1、我国体育场馆的大跨度空间结构选型探讨摘要：体育场馆多数需要大跨度空间，如何通过空间结构选型实现其安全、经济、适用和美观的综合指标是一个重要的问题。对国内体育场馆的大跨度空间结构选型进行调研。对调研情况进行分析可知，国内最常用的结构类型主要有网架结构、桁架结构和网壳结构3种，而国外的体育场馆建设在结构选型时更为丰富，此外，由于资金和技术方面的原因，国内体育场馆跨度普遍偏小。此外，在我国的各类大跨度体育场馆建设中，网架结构最早得到发展，桁架结构和网壳结构次之，膜结构发展得最晚。因此，我国的大跨度体育场馆建设应加强对新材料和新结构类型的研究，综合考虑各方面的因素选择最合理的结构类型，在赋予

2、大跨度屋盖一些新的功能，在获得更佳的使用体验的同时，也延长其服役年限。中国4/vie　　关键词：体育场馆；大跨度；空间结构；结构选型；新型结构　　中图分类号：G818：1009-783X（2017）02-0110-04文献标志码：A　　体育场馆按用途可以分为田径场馆、游泳场馆、体操场馆、篮球场馆等；按规模则可分为小型体育场馆（3000座以下）、中型体育场馆（3000-8000座）和大型体育场馆（8000座以上）。由于体育比赛的特殊性，同时随着体育产业的发展，观众现场观赛等需求越来越高，即使是小型体育场馆往往也需要十几米甚至更大跨度的空间结构。19世纪后半期以来，钢筋混凝土结构和钢结构

3、得到了大力发展，大跨度结构的建设也随之上升到了一个新的高度，一大批刚度大、变形小、应力分布均匀、自重轻、材料省的体育场馆横空出世。　　建筑的安全、经济、适用和美观是其最基本的4个方面，大跨度的体育场馆因为在使用时一般面临较重大的活动和较密集的人口，所以这些方面的性能更是广受关注。国外有不少学者对此展开了研究和探讨，例如：MajoXl76.5389mX29.3786m的立方体。“水立方”的覆盖结构采用充气枕结构，屋盖和墙体的内外表面均覆以充气枕，最大的单个气枕面积约71m2、跨度9m左右，膜材的用量约30万m2。　　本文通过对我国各省市共计1524个各类体育场馆的空间结构特性进行收集和

4、整理，数据主要来源于国内主流建筑网站如筑龙网http：//.zhulon4.、久久建筑网http：//.99jianzhu.等，得到我国体育场馆建设中各种结构类型的分布情况，如图2所示。　　如图2所示，在我国的体育场馆建设中，最常采用的空间结构类型主要有网架结构、桁架结构、网壳结构3种，合计占到总数的70%以上。网架结构一般可分为双层网架和三层网架。桁架结构则更为简洁，对支座只产生竖向的荷载，而且易于与其他结构组合使用，因此，应用也十分广泛。近年来出现的新型预应力张弦桁架又进一步推动了它们的发展和应用。网壳结构是近年来发展最快的大跨度空间结构，它和网架结构一样由杆件和节点拼接而成，同

5、时又具有薄壳结构的空间曲面外形，尤其是其中的双层网壳结构体系，在大跨度体育场馆的建�O中应用极广。这3类大跨度空间结构之所以在我国应用最广，是因为它们的经济性好，建造难度低，这与我国的基本国情是相符的，我国的大跨度空间结构起步晚，技术不成熟，资金也并不雄厚。前三者在我国之前的经济技术水平下自然成为方案设计时的首选类型。　　从图2中还可以看出，在我国的体育场馆建设中，以上3种之外的大跨度空间结构类型应用较少，例如充气膜结构，应用几乎为零。膜结构主要分为张拉膜结构（如图1d所示）和充气膜结构，张拉膜结构主要通过索钢架，网壳等支撑膜材料形成室内空问；充气膜结构则是向膜内充气，造成室内外的压

6、力差，使膜膨胀形成室内空间。较之传统的钢结构、混凝土结构，膜结构具有的最大特点就是自重轻，可形成半透明的室内空间，降低照明能耗，夜间又可依靠室内灯光营造出奇幻的景观，同时外形又极具雕塑感，给人视觉上极大的享受。拱结构历史悠久，可以充分利用材料的抗压性能，而且其独特的结构造型使其在跨越较大的跨度时几乎没有弯矩，在现代大跨度结构体育场馆中主要和桁架结构结合形成独特的拱桁架结构。悬索结构利用的是材料的抗拉性能，因此，通过使用高强材料可以大大减轻悬索结构的自重，而且悬索结构安装简便，结构跨度越大优势越明显。薄壳结构模仿蛋壳的结构，在所有的大跨度空间结构中整体性最好，受力最为均匀。折板结构和刚

7、架结构则从结构力学上讲最为简单。这些空间结构类型之所以在我国应用较少，大多是由于它们往往需要生产特定的材料，进行特定的施工，例如薄壳结构前期就需要耗费大量的人力来烧制相应的模板，拱结构需要耗费大量材料来抵消支座产生的横向推力，悬索结构同样需要耗费大量材料处理支座问题，而且结构计算的难度也大大增加。这些大跨度空间结构类型在国外都得到了一定程度的应用，说明它们并非没有特点或是无可取之处，主要是受到经济技术水平的制约。