建筑结构的实际应用
【摘要】随着科学技术的不断发展，各种结构的不断深入研究、各种新材料的应用，为各种新颖的结构体系的出现创造了条件。真正意义上的现代建筑结构体系是随着１８、１９世纪钢铁工业和水泥工 业的发展而出现的，利用热轧型钢、钢板和铆接技术及随后出现的焊接、螺栓连接技术，形成了建 筑排架、桁架、网架等结构体系，利用混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能，发展了钢筋混凝土技 术，形成了钢筋混土框架、剪力墙等结构体系。进入２０世纪以后，人们对建筑造型、建筑设计和跨度的要 求越来越高。对建筑结构的要求更高。为了解决这些问题，涌现出了一些新的结构体系：钢筋混凝土混合结构、巨型结构体系、张拉整体结构、膜结构等。
关键词：钢筋混凝土混合结构、巨型结构体系、张拉整体结构、膜结构
二、混合结构
1. 定义及组成
混合结构体系又称砖混结构，是指房屋的墙、柱和基础等竖向承重构件采用砌体结构，而屋 盖、楼盖等水平承重构件则采用钢筋混凝土结 构（或钢结构、木结构）所组成的房屋承重结构体系。墙体是混合结构房屋中的主要竖向承重结构，也是围护结构。
2.发展趋势
结构简单，材料来源方便、经济。结构简单，材料来源方便，经济。不利于机械化施工，机械化施工，在相当长的时间里还将 在中小型民用建筑中大量应用。 在中小型民用建筑中大量应用。 大板建筑、大板建筑、箱形建筑等墙体改革将会使混合结构更适合大量建造的中小型建筑的需要。
二、巨型结构体系
1.高层建筑的发展
高层建筑是近代工业化和城市化结合 发展产物， 是一种缓解人口增长、 土地资源 日趋紧张的有效方式。 世 界 上 第 一 幢 高 层 建 筑 是 建 于 １８８４～ １９８６年的高
５５ｍ的美国芝加哥Ｈｏ
ｍｅ Ｉｎｓｕｒ－ ａｎ
ｃｅ大楼（１０层）， 的 出
现 代 表 了 新 结 构 体
它 系的出现。 随着科技的
进步和建筑水平的发 展，
层 建 筑 成 了２０世纪
现代城市的象征。 高 １９
３１年建成的 摩 天 大
楼 ” 纽 约 帝 国 大 厦
“ — （１０２层 ， ３８
１ｍ）成 为 高 层 建 筑
发 展 第 一 阶 高 段的
典型代表， 它保持了世界
上最高的建筑 物的纪录达４１年之久。 １９７４年， ４４３ｍ高 的 芝 加哥西尔斯大厦建成； 中国台北１０１大楼２００３ 年建成， 总高５０８ｍ。 世界建筑从高层到超高 层发展迅速， 建筑巨型结构体系应运而生。
2.巨型结构体系的优越性及弊端分析
巨型结构体系的优越性 由于巨型框架结
构体系独特的结构特 征， 因此它有着其他结
构无法达到的优点， 概括如下。 （１）超 高
层 建 筑 结 构 的 整 体 刚 度 比 一 般
房屋建筑大。（２）巨 型 结 构 具 有 良 好
的 建 筑 适 应 性 。 巨型结构有较大的灵活
空间可以布置次框 架， 形成多层房间， 也可
以形成具有很大空 间的中庭， 满足建筑需要。
以 （３）巨 型 框 架 结 构 体 系 可 先 施
工 其 主 框 架， 主框架完成后分开各个工作
面同时 待 施工次框架， 型结构的施工方法可
大大 巨 加快施工进度。 （４）巨 型 结 构 中
可 将 多 种 结 构 形 式 及 不 同材料进行
组合， 实现建筑的多功能化， 满 足有特殊功
能要求的建筑。
三、张拉整体结构
张拉膜结构整体结构的介绍
“张拉整体” （Tensegrity）概念是美国著名建筑师富勒（R.B.Fuller）的发明，这旨“张拉” （tensile）和“整体” （integrity）的缩合。一社概念的产生受到了大自然的启发。富勒认为 宇宙的运行是按照张拉一只析原理进行的， 即万有引力是一个平衡的张力网， 而各个星球是 这个网中的一个个孤立点。 按照这个思想张拉整体结构可定义为一组不连续的受压构件与一 套连续的受拉单元组成的自支承、 自应力的空间网格结构。 这种结构的刚度由受拉和受压单 元之间的平衡预应力提供，在施加预应力之前，结构几乎没有刚度，并且初始预应力的大小 对结构的外形和结构的刚度起着决定性作用。
由于张拉整体结构固
有的符合自然规律的特 点，最在限度地利用了材料和截面的特性，可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。
对于张拉整体结构的研究开始于 40 多年前，从最初的设想到工程实践大约经历了以下几个 阶段：想象和几何学、拓扑和图形分析、力学分析及试验研究。其中力学分析包括找形、自 就历程准则、 工作机理工科稳步力作用下的性能等。 张拉整体结构的几何形状同时依赖于构 件的初始几何形状、关联结构（拓扑）及形成一定刚度的自应力的存在。另外这种结构在外 力作用下的变形（与自应力的效果不同）也提出了其它结构问题，首先它属于临界类体系， 结构在外荷载过程中刚度不断发生变化， 传力途径也就随之改变； 其次这种结构只能在考虑 了几何非线性甚至材料非线性时才能分析。
膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成。 基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料； 涂层 材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纤维覆聚 聚四氟乙烯（Teflon） 。PVC 材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性 差，但价格便宜，容易加工制作，色彩丰富，抗折叠性能好。为改善其性能，可在其表面涂 一层聚四氟乙烯涂层，提高其抗老化和自洁能力，其寿命可达到 15 年左右。Teflon 材料强 度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好，但它价格较贵，不易折叠，对裁剪制作精度 要求较高，寿命一般在 30 年以上，适用于永久建筑。
四、膜结构
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, 是由多种高强薄膜材料(PVC 或 Teflon)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.膜结构可分为充气
膜结构和张拉膜结构两
大类.充气膜结构是靠室
内不断充气,使室内外产
生 一定压力差(一般在
10 ㎜～30 ㎜水柱之间),
室内外的压力差使屋盖
膜布受 到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉膜结构则通过柱及钢架支 承或钢索张拉成型,其造型非常优美灵活. 材质 膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维 和玻璃纤维材料;涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材为聚酯纤 维覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯（Teflon）。PVC 材料的 主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差，但价格便宜， 容易加工制作，色彩丰富，抗折叠性能好。为改善其性能，可在其表面涂 一层聚四氟乙烯涂层， 提高其抗老化和自洁能力，
其
寿命可达到 15 年左右。
重量轻、强度高、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响、抗疲劳、 耐扭曲、耐老化、使用寿命长。具有高透光率，热吸收量很少。正是 因为这种跨时代的膜材料的发明，使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑 优越性能：自洁性、透光节能性、经济性、艺术性、防火性与抗震性、 造型多样性；另外其还具有应用领域广泛、能覆盖大跨度空间及施工周期 短的优点。
竣工的北京奥运会场馆“鸟巢”和“水立方”膜结构采用 ETFE 膜材，是目 前国内最大
的 ETFE 膜材
结构建筑，膜材
采用进口产品。
“鸟巢”采用双
层 膜结构，外
层用 ETFE 防
雨雪防紫外线，
内层用 PTFE
达到保温、防结
露、隔音和光效
的目的。“水立
方”采用双层
ETFE 充气膜结构，共 1437 块气 枕，每一块都好像一个“水泡泡”，气枕可以通过控制充气量的多少，对 遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源，并且具有良好 的保温隔热、消除回声，为运动员和观众提供温馨，安逸的环境。 其他实例 目前国内膜结构发展振奋人心，随着一些大型体育馆、候机大厅等建 设以及 201 年上海世博会和广州亚运会等国际盛会的举办，为我国膜结构 的发展带来了机遇和挑战。尤其在膜材方面，我国起步晚，技术水平低， 大部分膜材还主要依靠进口。PTFE、PVC 和表面改性的 PVC、ETFE 等膜材是 市场的主流，应用比较广泛。我国已有 PTFE 膜材的自主知识产权，性能也基本达到国外同类产品的要求。很多公司、科研单位以及高校都在进行 PVC 表面涂层材料的研究，如 PVDF、纳米 TiO2 表涂剂等的研究已初见成效，另 外在表面防污自洁处理方面的研究如仿生荷叶构筑微粗糙表面也开始起 步。在引进世界一流的生产设备和工艺技术的同时，加紧消化吸收并改进 创新，尽快开发适合我国市场需求的膜材表面处理技术，国家游泳馆“水立方”对提升我国整个 产业用纺织品产品档次和市场竞争力都具有重要意义。
总结
这些建筑结构使得我们人类从原始社会利用山洞、树林自然屏障遮风挡雨，到利用天然土、木、石和人工烧制粘土砖、 瓦搭建房屋延续了数千年。让我们从能够抵御其他物种的威胁到让我们人类的够有既舒适又美观的住宅。建筑结构是这一切的基础。