从世界杯看现代空间结构的应用和发展.doc

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1、从世界杯看现代空间结构的应用和发展论文作者：刘炜（城市规划0301学号03001420）[摘要]四年一度的世界杯足球赛在德国开幕了，万众瞩目。德国作为东道主其体育场馆都采用了空间结构。让我们在欣赏世界杯精彩赛事的同时也来了解下空间结构的形式和特点，并结合世界杯球场对现代空间结构的相关内容分别进行论述，从中了解现代空间结构的发展历程、技术特点、科研状况以及工程应用等。了解国内外应用和发展情况，看出我国与世界领先水平的差距，一方面让球迷们了解自己喜爱的球队所比赛的球场，另一方面也给我国工程技术人员提出新的挑战。[关键词]世界杯球场现代空间结构应用和发展空间结构是指结

2、构的形态呈三维状态，在荷载作用下具有三维受力特性并呈空间工作的结构。结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。平板网架、网壳以及悬索结构等空间结构在我国得到了广泛的应有，已为人们所熟悉。空间结构与平面结构相比具有很多独特的优点，国内外应用非常广泛。特别是近年来，人们生活水平不断提高，工业生产、文化、体育等事业不断进步，大大增强了社会对空间结构尤其是大跨度高性能空间结构的需求。而计算理论的日益完善以及计算机技术的飞速发展

3、使得对任何极其复杂的三维结构的分析与设计成为可能。这些正是空间结构能够扩大应用范围得以蓬勃发展的主要因素。现代空间结构的发展是日新月异，新型的空间结构形式也随之出现。目前空间结构向着轻量、大跨方向发展，这种发展趋势要求必须千方百计降低结构自重，降低结构自重的途径一方面是研制运用轻质高强的新型建筑材料，另一方面是研究开发合理的结构形式。结构受拉部位采用膜材或钢索，受压部分采用钢或铝合金构件，这样膜、索、杆结合使用，形成杂交结构，可望实现理想的轻量大跨结构。另外适应全天候气候条件的开合结构、施工便捷的折叠结构，以及外观华丽的玻璃结构等也都属于现代空间结构新发展的课题

4、，国外已有很多的工程应用。世界杯赛场上的大部份球场就是采用了我上面提到的杂交结构。下面让我们走进世界杯，走进世界杯赛场。1网架结构由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。网架结构的形式：（1）平面桁架系组成的网架结构。主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。（2）四角锥体组成的网架结构。主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。（3）三

5、角锥组成的网架结构。主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。（4）六角锥体组成的网架结构。主要形式有：正六角锥网架。网架结构的主要特点：空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。德国的盖尔森基兴的傲赴沙尔克体育场是欧足联评出的唯一五星级球场建于2002年可容纳6万人，却没有一个视觉死角，移动草坪，可闭合屋顶。令人瞠舌的纯粹

6、高科技:在浇水时球场草地可以移出球场，场顶可关闭，南看台可移动。（如图一、图二）图一：图二：位于纽伦堡的法兰克人世界杯球场，也有能开合的顶棚，和玻璃网架结构。主看台一侧的地面部分被改造为300平米的混合区，主看台为三层VIP包厢和提供给媒体报道的转播区。（如图三）图三：图四：玻璃结构的应用，是现代空间结构的发展方向之一。在一般人眼里玻璃是一种纤薄易碎的东西，很难与硕大的承重结构联系起来。事实上虽然玻璃在力学性能上有一定的局限性，但如果对其设计合理，扬长避短，用于建筑结构会取得意想不到的效果。透明或半透明是玻璃的最主要也是最显著的特征，因此玻璃结构一般明亮华丽，从

7、采光这个角度上说，这也是一种节能结构。玻璃在力学性能上有点像混凝土，是一种脆性材料，抗压性能好、抗拉性能差，应力应变关系表现为线性，弹性模量在70-73GPa之间，约为钢材弹性模量的三分之一。玻璃的强重比要优于普通钢材，玻璃结构能给人一种轻巧的感觉。玻璃的热膨胀系数为9×10-6，与钢材的相近，这使得钢材和玻璃能够用于同一结构，发挥各自特长。玻璃的耐腐蚀性能很强，可抵抗强酸的侵蚀，因此玻璃结构的防腐费用较低。因此越来越多的建筑师和结构工程师在工程中利用玻璃来实现建筑物更亮、更轻、更美的高科技效果，增强城市的现代化气息。结构用玻璃主要类型有：退火玻璃、夹丝玻璃、钢

8、化玻璃以及淬火玻璃等。通