大跨度

大跨度建筑

摘要：

大跨的发展日趋成熟，形式多样，实用性强。当今建筑的发展更少不了大跨，大

跨成了一些建筑不可或缺的结构，是他们的灵魂和基础。那么大跨的形式和结构有哪些，下

面来介绍一下。

关键词：

大跨度，简史，结构，形式，优缺点，建筑类型。

正文：

大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范则规定跨度

60m以上结构为大跨度结构。主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会

堂、航空港以及其他大型公共建筑。在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库

和其他大跨度厂房。

大跨度建筑在古代罗马已经出现，如公元120~124年建成的罗马万神庙，呈圆形平面，

穹顶直径达43．3m，用天然混凝土浇筑而成，是罗马穹顶技术的光辉典范。然而大

跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半叶以后，特别是第二次世界大战后的

最近几十年中。例如1889年为巴黎世界博览会建造的机械馆，跨度达到115m，采用

三铰拱钢结构；目前世界上跨度最大的建筑是美国底特律的韦恩县体育馆，圆形平面，

直径达266m，为钢网壳结构。我国大跨度建筑是在解放后才迅速发展起来的，20世

纪70年代建成的上海体育馆，圆形平面，直径110m，钢平板网架结构。我国目前以

钢索及膜材做成的结构最大跨度已达到320m。大跨度建筑迅速发展的原因一方面是

由于社会发展使建筑功能愈来愈复杂，需要建造高大的建筑空间来满足群众集会、举

行大型的文艺体育表演、举办盛大的各种博览会等；另一方面则是新材料、新结构、

新技术的出现，促进了大跨度建筑的进步。一是需要，二是可能，两者相辅相成，相

互促进，缺一不可。

大跨度建筑结构形式与建筑类型：

一、拱结构及其建筑类型：

拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向

的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支

座。例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条

互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越

厚。很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。为了克服

这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础

上，创造出一种双向交叉的筒形拱。而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构

穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世 纪建造的阿托雷斯宝库

所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。到了罗马时代，半球形的穹隆结构已

被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。神殿的直径为43.3

米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。

优点：拱结构是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，它为抗压性能好的材料提供了

一种理想的结构型式。缺点：拱结构的支座（拱脚）会产生水平推力，跨度大时这个推力不

小，要对付这个推力将是一桩麻烦而又耗费材料的事。

二、钢架结构及其建筑类型：

刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一

种结构。由于梁和柱是刚性结点，在竖向荷载作

用下柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯

矩。同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束

作用，能减少柱内的弯矩。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，故用于建造大跨度建筑。

钢架结构常用钢筋混凝土建造，为了节约材料和减轻结构自重，通常将钢架做成断面形式，

主梁相交处弯矩最大，断面增大，铰接点处弯矩为零，断面最小，所以刚加的立柱断面呈上

大下小。

由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又方便，因而应用非常广

泛。

三、桁架结构及其建筑类型：

桁架也是一种大跨度结构。在古代，虽然也有用

木材做成各种形式的构架作为屋顶结构的，但是

符合力学原理的新型椼架的出现却是现代的事。

桁架结构虽然可以跨越较大的空间，但是由于它

自身具有一定的高度，而且上弦一般又呈两坡后曲线的形式，所以只适合担当作屋顶结构。

桁架结构在大跨度建筑中多用作屋顶的承重结构，根据建筑的功能要求、材料供应和经

济的合理性，可设计成单坡、双坡、单跨、多跨等不同的外观和形状。

四、网架结构及其建筑类型：

网架结构也是一种新型大跨度空间结构。

它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大

幅度地减轻结构自重和节省材料等优点。网架

结构可以用木材、钢筋混凝土或钢材来做，并

且具有多种多样的形式，使用灵活方便，可适

应于多种形式的建筑平面的要求。近来国内外许多大跨度公共建筑或工业建筑均普遍

地采用这种新型的大跨度空间结构来覆盖巨大的空间。

网架结构可分为单层平面网架、单层曲面网架、单层平板网架和双层穹隆网架等

多种形式。单层平面网架多由两组互相正交的正方形网格组成，可以正方，也可以斜

放。这种网架比较适合于正方形或接近于正方形的巨型平面建筑。如果把单层平面网

架改变为曲面-拱或穹隆网架，或可以进一步提高结构的刚度并减小构件所承受的弯

曲力。从而增大结构的跨度。

网壳结构是大跨空间结构的一种主要形式。它具有两个鲜明的特点：1.网壳结构是一种

具有曲面型的网格结构;2.网壳结构兼有杆系结构与薄壳结构的主要优点和特性。因此，网壳

结构受力合理、覆盖跨度大，材料耗量低、杆件

比较单一、施工安装方便，是有广阔发展前景的

一类空间结构。

五、折板结构及其建筑类型：

折板结构由折板和横隔构件组成，在波长方

向，折板犹如一块折叠起伏的钢筋混凝土连续板，折板的波峰和波谷处刚度最大，可视为连

续板的各支点。在跨度方面，折板如同一钢筋混凝土梁，其强度随折板的矢高而增加。横隔

构建的作用是将砧板在支座处牢固地结合在一起，如果没有它，折板会坍塌而破坏。横隔构

建可根据建筑类型需要来设计，如钢筋混凝土横隔板、横隔梁等。

折板结构按波长数目的多少分为单波和多波折板，按照结构跨度的数目有单跨和多跨之

分，若按结构断面形式分为三角形折板和梯形折板，若依折板的构成情况，又可分为平行折

板和扇形折板，平行折板构造简单，最常用。扇形折板一端的波长较小，另一端的波长较大，

呈放射状，多用于梯形平面的建筑。

六、薄壳结构及其建筑造型：

一般而言，用轻质高强材料做成的结构，若

按强度计算，其剖面尺寸可以大大地减小，但是

这种结构在荷载的作用下，却容易因变形而失去稳定并最后导致破坏。而壳体结构正

是由于合理的外形，不仅内部应力分配既合理又均匀，同时又可以保持极好的稳定性，

所以壳体结构尽管厚度极小却可以覆盖很大的空间。

壳体结构按其受力情况不同可以分为折板、单曲面壳和双曲面壳等多种类型。在

实际应用中，壳体结构的形式更是丰富多彩的。例如悉尼歌剧院，其外观为三组巨大

的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为 97米的现浇钢筋混凝土结构的基座

上。而壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用；既可以用来覆盖大面积空间，

又可以用来覆盖中等面积的空间；既适合方形、矩形平面要求，又可以适应圆形平面、

三角形平面，及至其他特殊形状平面的要求

发展至今已不是单一的薄壳结构，而是网壳结构。网壳结构是大跨空间结构的一种

主要形式。它具有两个鲜明的特点：1.网壳结构是一种具有曲面型的网格结构;2.网壳结构兼

有杆系结构与薄壳结构的主要优点和特性。因此，网壳结构受力合理、覆盖跨度大，材料耗

量低、杆件比较单一、施工安装方便，是有广阔发展前景的一类空间结构。

七、悬索结构及其建筑类型：

由于钢的强度很高，很小的截面就能够承受很大的拉力，因而在本世纪初就开始

用钢索来悬吊屋顶结构。悬索在均匀荷载作用

下必然下垂而呈悬链曲线的形式，索的两端不

仅会产生垂直向下的压力，而且还会产生向内

的水平拉力。单向悬索结构为了支承悬索并保

持平衡，必须在索的两端设置立柱和斜向拉

索，以分别承受悬索所给予的垂直压力和水平拉力。单向悬索的稳定性很差，特别是

在风力的作用下，容易产生振动和失稳。

为了提高结构的稳定性和抗风能力，还可以采用双层悬索或双向悬索。双层悬

索结构平面呈圆形，索分上下两层，下层索承受屋顶全部荷载，为承重索；上层索起

稳定作用，为稳定索，上下两层索均张拉于内外两个圆环上而形成整体。这种形式的

悬索结构承重索与稳定索具有相反的弯曲方向，这两种索交织成索网，经过预张拉后

形成整体，具有良好的稳定性和抗风能力。

悬索结构除跨度大、自重轻、用料省外还具有平面形式多样（除可覆盖一般矩形

平面外还可以覆盖圆形、椭圆、正方形、菱形乃至其他不规则平面的空间），使用的

灵活性大、范围广；由多变的曲面所形成的内部空间既宽大宏伟又富有运动感；主剖

面呈下凹的曲面形式，曲率平缓，如处理得当既能顺应功能要求又可以大大节省空间

和空调费用；形式变化多样，可以为建筑形体和立面处理提供新的可能性。在大跨度

结构建筑选型时，悬索结构由于没有繁琐支撑体系的屋盖结构选型，所以该种结构是

较为理想的形式。在荷载作用下，悬索结构体系能承受巨大的拉力，因此要求设置能

承受较大压力的构件与之相平衡。

特点：1.主要承重构件是“索”，索网只受轴向拉力，受力简单；2.索网结构自重小，强

度大，能跨越很大的跨度；3.抵抗水平反力应采用合理的支座型式；4.边缘支座不仅用来抵

抗水平推力，还是索网的边框，是决定悬索结构的重要组成部分。

八、膜结构及其建筑类型：

薄膜结构的特点：制作方便，施工速度快，造

价经济，抗震性能好；薄膜材料与传统屋盖材料相比，具有透光性；薄膜结构的主要缺点是

易变性，耐久性较差。

索膜建筑从结构方式上简单地分为：张拉

式、骨架式、充气式三大类。

张拉式是索膜建筑的精华和代表。张拉式又分

为索网式、脊谷索式。张拉式表现力强，结构性能好，造价稍高，施工精度要求高。

骨架式在特定条件下采用。骨架体系自平衡，膜体仅为辅助物，膜体本身的强大结构作用发

挥不足。骨架式与张拉式结合使建筑效果富于变化。骨架式造价低于张拉式。

充气式索膜建筑历史长，形象单一，空间要求气闭，使用功能有明显的局限性。但充气式索

膜体系造价低，施工速度快，在特定条件下有优势。

索膜建筑的灵魂——预张力。预张力使“软壳”各个部分（索、膜）在各种最不利荷载下的内

力始终大于零（永远处于拉伸状态）。

上面就是对大跨度的一些基本介绍。随着时代的发展，由于大跨的种种优点，所以大跨

结构所起的作用会越来越大。

参考文献：

建筑构造（第四版），重庆大学刘建荣、翁季主编。

图片来源：

百度图片。