树状柱在大跨度空间结构中的研究与应用_陈俊(I)

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1、陈俊，等：树状柱在大跨度空间结构中的研究与应用树状柱在大跨度空间结构中的研究与应用陈俊张其林谢步瀛（同济大学建筑工程系，上海２０００９２）摘要：首先阐述树状结构在国内外建筑结构中的应用情况，然后着重从设计的角度对树状柱的结构形式、连接方式以及稳定计算分析进行论述，并给出相应的建议与设计参数，最后，通过实际的树状柱支撑设计工程实例，给出树状柱的设计计算结果及设计中的关键问题，并且进行相应的分析总结，旨在为大跨度空间结构支撑形式采用树状柱结构积累经验，推动树状柱的设计研究工作。关键词：树状结构；大跨度空间结构；计算长度；连接设计ＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬ

2、ＩＣＡＴＩＯＮＯＦＤＥＮＤＲＩＴＩＣＣＯＬＵＭＮＩＮＬＯＮＧＳＰＡＮＳＰＡＴＩＡＬＳＴＲＵＣＴＵＲＥ犆犺犲狀犑狌狀犣犺犪狀犵犙犻犾犻狀犡犻犲犅狌狔犻狀犵（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｄｅｎｄｒｉｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｄｅｓｉｇｎａｔｉｏ

3、ｎ，ｔｈｅｄｅｎｄｒｉｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｍｓ，ｄｅｓｉｇｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄａｌｓｏｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｇｉｖｅｎＦｉｎａｌｌｙ，ｔｈｒｏｕｇｈａｃｔｕａｌｄｅｓｉｇｎｐｒｏｊｅｃｔｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｄｅｎｄｒｉｔｉｃｃｏｌｕｍｎｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｋｅｙ

4、ｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｌｏｎｇｓｐａｎｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅＡｌｌｔｈｅｓｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｗｉｌｌｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｅｎｄｒｉｔｉｃｃｏｌｕｍｎｉｎｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｄｅｎｄｒｉｔｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｌｏｎｇｓｐａｎｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｅｎｇｔｈ；ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ１树状结构的发展概况树状结构是

5、空间仿生结构的一种，属于建筑仿生结构的范畴。这种结构是德国奥托（Ｆ·Ｏｔｔｏ）在２０世纪６０年代提出的一个重要的结构形态概念。它是一种比较新颖的结构形式，具有合理的传力路径，承载力较高，支撑覆盖范围广，可以用较小的杆件形成较大的支撑空间。因此，对于树状结构，主要是从仿生学的角度去研究结构的受力，寻求合理的图１深圳文化中心“黄金树”空间形式，以解决实际工程问题。尽管树状结构具有很多优点，并且是自然界中中，德国斯图加特机场候机楼是最为典型的大规模极其普遍的结构形态，但是，真正意义上的树状结构树状结构建筑。它是奥托主持下的又一经典作品。直到６０年代的现代建筑实

6、践中才得以表现。尤其候机大厅屋面呈一倾斜平面，内部采用大型的树状在国内，树状结构的应用还比较少见，大型的树状结支撑结构体系，呈三级分叉，如图２所示。大厅由于构更是少之又少。国内比较知名的树状结构是深圳支撑众多、横向分枝深远，有助于防止整体结构的水文化中心的“黄金树”结构，如图１所示。它是整个平失稳。再有就是建筑师诺曼·福斯特设计的伦敦文化中心的点睛之笔，建筑师巧妙地赋予其建筑树第三机场———斯坦斯特德机场新航站楼中央大［２］的想象，结构设计也是按照树的生长机理，由下至上厅，结构柱采用３６ｍ×３６ｍ的网格，屋面是一扁按照主干、粗枝、中枝和端枝组成结构体系，

7、多根杆第一作者：陈俊，男，１９８２年出生，硕士研究生。件以不同的角度汇交于一点，组成树形的空间三维Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｊｕｎ８２０５１３＠１６３ｃｏｍ［１］收稿日期：２００９１１０９体系。而在国外，树状结构已有较多的应用。其ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０１０（３），Ｖｏｌ２５，Ｎｏ１３１１科研开发［３］拱壳体，屋顶距离地面１５ｍ，其支撑结构为４根钢题。屋面所承受的荷载传递给各级树分枝，再由管柱组合而成树状柱和管簇结构，在水平方向斜杆各级树分枝向上一级树枝传递，最后，再把所有的力伸出达４ｍ，从而有效地减小了结构跨度。其内景汇总在树状主柱

8、上。图５给出了树状主柱、一级分如图３所示。枝和二级分枝之间的传力关系，具体过程如