大跨度

大跨度建筑

摘要：

大跨的發展日趨成熟，形式多樣，實用性強。當今建筑的發展更少不了大跨，大

跨成了一些建筑不可或缺的結構，是他們的靈魂和基礎。那么大跨的形式和結構有哪些，下

面來介紹一下。

關鍵詞：

大跨度，簡史，結構，形式，優缺點，建筑類型。

正文：

大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我國現行鋼結構規范則規定跨度

60m以上結構為大跨度結構。主要用于民用建筑的影劇院、體育場館、展覽館、大會

堂、航空港以及其他大型公共建筑。在工業建筑中則主要用于飛機裝配車間、飛機庫

和其他大跨度廠房。

大跨度建筑在古代羅馬已經出現，如公元120~124年建成的羅馬萬神廟，呈圓形平面，

穹頂直徑達43．3m，用天然混凝土澆筑而成，是羅馬穹頂技術的光輝典范。然而大

跨度建筑真正得到迅速發展還是在19世紀后半葉以后，特別是第二次世界大戰后的

最近幾十年中。例如1889年為巴黎世界博覽會建造的機械館，跨度達到115m，采用

三鉸拱鋼結構；目前世界上跨度最大的建筑是美國底特律的韋恩縣體育館，圓形平面，

直徑達266m，為鋼網殼結構。我國大跨度建筑是在解放后才迅速發展起來的，20世

紀70年代建成的上海體育館，圓形平面，直徑110m，鋼平板網架結構。我國目前以

鋼索及膜材做成的結構最大跨度已達到320m。大跨度建筑迅速發展的原因一方面是

由于社會發展使建筑功能愈來愈復雜，需要建造高大的建筑空間來滿足群眾集會、舉

行大型的文藝體育表演、舉辦盛大的各種博覽會等；另一方面則是新材料、新結構、

新技術的出現，促進了大跨度建筑的進步。一是需要，二是可能，兩者相輔相成，相

互促進，缺一不可。

大跨度建筑結構形式與建筑類型：

一、拱結構及其建筑類型：

拱形結構在承受荷重后除產生重力外還要產生橫向

的推力，為保持穩定，這種結構必須要有堅實、寬厚的支

座。例如以筒形拱來形成空間，反映在平面上必須有兩條

互相平行的厚實的側墻，拱的跨度越大，支承它的墻則越

厚。很明顯，這必然會影響空間組合的靈活性。為了克服

這種局限，在長期的實踐中人們又在單向筒形拱的基礎

上，創造出一種雙向交叉的筒形拱。而之后為了建筑的發展熱門又創造出了穹隆結構

穹隆結構也是一種古老的大跨度結構形式，早在公元前14世 紀建造的阿托雷斯寶庫

所運用的就是一個直徑為14.5米的疊澀穹隆。到了羅馬時代，半球形的穹隆結構已

被廣泛地運用于各種類型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神廟。神殿的直徑為43.3

米，其上部覆蓋的是一個由混凝土做成的穹隆結構。

優點：拱結構是使構件擺脫彎曲變形的一種突破性發展，它為抗壓性能好的材料提供了

一種理想的結構型式。缺點：拱結構的支座（拱腳）會產生水平推力，跨度大時這個推力不

小，要對付這個推力將是一樁麻煩而又耗費材料的事。

二、鋼架結構及其建筑類型：

剛架是橫梁和柱以整體連接方式構成的一

種結構。由于梁和柱是剛性結點，在豎向荷載作

用下柱對梁有約束作用，因而能減少梁的跨中彎

矩。同樣，在水平荷載作用下，梁對柱也有約束

作用，能減少柱內的彎矩。鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度建筑。

鋼架結構常用鋼筋混凝土建造，為了節約材料和減輕結構自重，通常將鋼架做成斷面形式，

主梁相交處彎矩最大，斷面增大，鉸接點處彎矩為零，斷面最小，所以剛加的立柱斷面呈上

大下小。

由于剛架結構受力合理，輕巧美觀，能跨越較大的跨度，制作又方便，因而應用非常廣

泛。

三、桁架結構及其建筑類型：

桁架也是一種大跨度結構。在古代，雖然也有用

木材做成各種形式的構架作為屋頂結構的，但是

符合力學原理的新型椼架的出現卻是現代的事。

桁架結構雖然可以跨越較大的空間，但是由于它

自身具有一定的高度，而且上弦一般又呈兩坡后曲線的形式，所以只適合擔當作屋頂結構。

桁架結構在大跨度建筑中多用作屋頂的承重結構，根據建筑的功能要求、材料供應和經

濟的合理性，可設計成單坡、雙坡、單跨、多跨等不同的外觀和形狀。

四、網架結構及其建筑類型：

網架結構也是一種新型大跨度空間結構。

它具有剛度大、變形小、應力分布均勻、能大

幅度地減輕結構自重和節省材料等優點。網架

結構可以用木材、鋼筋混凝土或鋼材來做，并

且具有多種多樣的形式，使用靈活方便，可適

應于多種形式的建筑平面的要求。近來國內外許多大跨度公共建筑或工業建筑均普遍

地采用這種新型的大跨度空間結構來覆蓋巨大的空間。

網架結構可分為單層平面網架、單層曲面網架、單層平板網架和雙層穹隆網架等

多種形式。單層平面網架多由兩組互相正交的正方形網格組成，可以正方，也可以斜

放。這種網架比較適合于正方形或接近于正方形的巨型平面建筑。如果把單層平面網

架改變為曲面-拱或穹隆網架，或可以進一步提高結構的剛度并減小構件所承受的彎

曲力。從而增大結構的跨度。

網殼結構是大跨空間結構的一種主要形式。它具有兩個鮮明的特點：1.網殼結構是一種

具有曲面型的網格結構;2.網殼結構兼有桿系結構與薄殼結構的主要優點和特性。因此，網殼

結構受力合理、覆蓋跨度大，材料耗量低、桿件

比較單一、施工安裝方便，是有廣闊發展前景的

一類空間結構。

五、折板結構及其建筑類型：

折板結構由折板和橫隔構件組成，在波長方

向，折板猶如一塊折疊起伏的鋼筋混凝土連續板，折板的波峰和波谷處剛度最大，可視為連

續板的各支點。在跨度方面，折板如同一鋼筋混凝土梁，其強度隨折板的矢高而增加。橫隔

構建的作用是將砧板在支座處牢固地結合在一起，如果沒有它，折板會坍塌而破壞。橫隔構

建可根據建筑類型需要來設計，如鋼筋混凝土橫隔板、橫隔梁等。

折板結構按波長數目的多少分為單波和多波折板，按照結構跨度的數目有單跨和多跨之

分，若按結構斷面形式分為三角形折板和梯形折板，若依折板的構成情況，又可分為平行折

板和扇形折板，平行折板構造簡單，最常用。扇形折板一端的波長較小，另一端的波長較大，

呈放射狀，多用于梯形平面的建筑。

六、薄殼結構及其建筑造型：

一般而言，用輕質高強材料做成的結構，若

按強度計算，其剖面尺寸可以大大地減小，但是

這種結構在荷載的作用下，卻容易因變形而失去穩定并最后導致破壞。而殼體結構正

是由于合理的外形，不僅內部應力分配既合理又均勻，同時又可以保持極好的穩定性，

所以殼體結構盡管厚度極小卻可以覆蓋很大的空間。

殼體結構按其受力情況不同可以分為折板、單曲面殼和雙曲面殼等多種類型。在

實際應用中，殼體結構的形式更是豐富多彩的。例如悉尼歌劇院，其外觀為三組巨大

的殼片，聳立在一南北長186米、東西最寬處為 97米的現澆鋼筋混凝土結構的基座

上。而殼體結構既可以單獨使用又可以組合起來使用；既可以用來覆蓋大面積空間，

又可以用來覆蓋中等面積的空間；既適合方形、矩形平面要求，又可以適應圓形平面、

三角形平面，及至其他特殊形狀平面的要求

發展至今已不是單一的薄殼結構，而是網殼結構。網殼結構是大跨空間結構的一種

主要形式。它具有兩個鮮明的特點：1.網殼結構是一種具有曲面型的網格結構;2.網殼結構兼

有桿系結構與薄殼結構的主要優點和特性。因此，網殼結構受力合理、覆蓋跨度大，材料耗

量低、桿件比較單一、施工安裝方便，是有廣闊發展前景的一類空間結構。

七、懸索結構及其建筑類型：

由于鋼的強度很高，很小的截面就能夠承受很大的拉力，因而在本世紀初就開始

用鋼索來懸吊屋頂結構。懸索在均勻荷載作用

下必然下垂而呈懸鏈曲線的形式，索的兩端不

僅會產生垂直向下的壓力，而且還會產生向內

的水平拉力。單向懸索結構為了支承懸索并保

持平衡，必須在索的兩端設置立柱和斜向拉

索，以分別承受懸索所給予的垂直壓力和水平拉力。單向懸索的穩定性很差，特別是

在風力的作用下，容易產生振動和失穩。

為了提高結構的穩定性和抗風能力，還可以采用雙層懸索或雙向懸索。雙層懸

索結構平面呈圓形，索分上下兩層，下層索承受屋頂全部荷載，為承重索；上層索起

穩定作用，為穩定索，上下兩層索均張拉于內外兩個圓環上而形成整體。這種形式的

懸索結構承重索與穩定索具有相反的彎曲方向，這兩種索交織成索網，經過預張拉后

形成整體，具有良好的穩定性和抗風能力。

懸索結構除跨度大、自重輕、用料省外還具有平面形式多樣（除可覆蓋一般矩形

平面外還可以覆蓋圓形、橢圓、正方形、菱形乃至其他不規則平面的空間），使用的

靈活性大、范圍廣；由多變的曲面所形成的內部空間既寬大宏偉又富有運動感；主剖

面呈下凹的曲面形式，曲率平緩，如處理得當既能順應功能要求又可以大大節省空間

和空調費用；形式變化多樣，可以為建筑形體和立面處理提供新的可能性。在大跨度

結構建筑選型時，懸索結構由于沒有繁瑣支撐體系的屋蓋結構選型，所以該種結構是

較為理想的形式。在荷載作用下，懸索結構體系能承受巨大的拉力，因此要求設置能

承受較大壓力的構件與之相平衡。

特點：1.主要承重構件是“索”，索網只受軸向拉力，受力簡單；2.索網結構自重小，強

度大，能跨越很大的跨度；3.抵抗水平反力應采用合理的支座型式；4.邊緣支座不僅用來抵

抗水平推力，還是索網的邊框，是決定懸索結構的重要組成部分。

八、膜結構及其建筑類型：

薄膜結構的特點：制作方便，施工速度快，造

價經濟，抗震性能好；薄膜材料與傳統屋蓋材料相比，具有透光性；薄膜結構的主要缺點是

易變性，耐久性較差。

索膜建筑從結構方式上簡單地分為：張拉

式、骨架式、充氣式三大類。

張拉式是索膜建筑的精華和代表。張拉式又分

為索網式、脊谷索式。張拉式表現力強，結構性能好，造價稍高，施工精度要求高。

骨架式在特定條件下采用。骨架體系自平衡，膜體僅為輔助物，膜體本身的強大結構作用發

揮不足。骨架式與張拉式結合使建筑效果富于變化。骨架式造價低于張拉式。

充氣式索膜建筑歷史長，形象單一，空間要求氣閉，使用功能有明顯的局限性。但充氣式索

膜體系造價低，施工速度快，在特定條件下有優勢。

索膜建筑的靈魂——預張力。預張力使“軟殼”各個部分（索、膜）在各種最不利荷載下的內

力始終大于零（永遠處于拉伸狀態）。

上面就是對大跨度的一些基本介紹。隨著時代的發展，由于大跨的種種優點，所以大跨

結構所起的作用會越來越大。

參考文獻：

建筑構造（第四版），重慶大學劉建榮、翁季主編。

圖片來源：

百度圖片。