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膜结构具有轻巧新颖、经济安全等大量优点,应用非常广泛
优点
优点阐释
重量轻
自重轻,跨度大。且单位面积的自重与造价不会随着跨度增大而明显增加
造型丰富
建筑造型自由丰富,表现形式多种多样
施工方便
工厂化生产,运输轻便,施工现场只需张拉就位
经济性
膜材既是承载构件,又是屋面围护材料,还是良好的装饰材料,可降低屋面造价;屋面重量减轻后,可降低基础及主体工程造价
安全性
膜材自重轻,抗震性能好;可承受较大位移,不易整体倒塌;膜材一般为阻燃或不可燃材料,不易造成火灾
透光性
膜材透光率7-16%,白天无需人工采光
自洁性
膜材的表面涂层具有良好的非粘着性,灰尘不易粘附且易被雨水冲刷
体育设施
商业设施
文化设施
交通设施
景观设施
工业设施
体育场/体育馆/网球场/游泳馆/训练中心/健身中心等
商场/游乐中心/酒店/餐厅/商业街等
展览中心/剧院/表演中心/水族馆等
飞机场/火车站/码头/停车场/天桥/加油站/收费站等
标志性小品/广场标识/小区景观/步行街等
工厂/仓库/污水处理中心/物流中心/温室等
膜结构的广泛应用
2022/11/25
国际上膜结构发展比较平稳,国内膜结构起步晚,但发展很快
%
资料来源:《钢结构与建筑业》
1990-2000年全球建筑织物销售量(亿美元)
1970年日本大阪万国博览会采用了气承式空气膜结构,标志着膜结构时代的开始。
1997-2001年均增长率23%
单位:个数
单位:万平方米
资料来源:钢结构协会空间结构委员会
膜结构从1995进入我国后一直保持快速发展,到2001年时已有130多座,总面积达37万平米
2022/11/25
空间钢结构在经历了80年代的导入和90年代的快速增长后,已被市场完全认可,目前处于成长期,并在新技术和新材料的推动下向结构形式多元化和大规模应用方向发展
萌芽阶段
(20世纪80年代以前)
导入阶段
(80年代-90年代中期)
成长阶段
(90年代中期—本世纪初)
1964年建成第一座网架结构
空间钢结构在一些工程上有少数应用,但没有形成规模。
结构形式有网架、悬索等。
没有专门进行空间钢结构生产的企业。
在科研机构的推动下,网架结构在工业厂房和公共建筑领域开始推广应用
结构形式以网架、网壳为主
以徐州、杭州、开封等地为主要代表诞生了一大批专门进行网架生产的企业。
在经历了八十年代的逐步导入和九十年代的快速增长后,空间钢结构已被市场完全认可,目前处于成长期
新材料、新技术推动着结构创新,也推动着空间钢结构的大规模应用。
网架、网壳结构继续保持较好的发展,桁架结构开始出现并得到大规模应用,膜结构、与索相结合的各类结构都开始应用和发展,结构形式向多元化方向发展。
企业竞争日趋激烈,有更多的企业进入钢结构行业并涉足空间钢结构的制作安装领域。
2022/11/25
空间钢结构的发展从根本上源自于国民经济的快速发展,大型赛事和技术进步也是推动其发展的重要因素
空间钢结构的发展
国家国民经济发展水平直接影响到现代空间结构发展的速度。日本20世纪50~60年代初空间结构也很少,但在60年代后期,日本成为世界经济强国之后,大量空间结构应运而生。我国自20世纪80年代之后的20多年中,空间钢结构得到广泛应用,其根本原因也在于国民经济的快速发展。
新材料、新技术的不断出现促进了空间结构的进一步发展。近三十年来结构用新材料的发明,如高强的H型钢、高强大小直径钢管、不锈钢板、高强铝合金板、各类高强玻璃、高强钢铰线、高强钢丝束、复杂铸钢节点、高强膜结构面材、预应力钢结构技术、隔震减震技术、机械传动技术等等的出现均不断促进空间结构技术的创新和发展,新结构体系不断产生。
计算机技术、计算理论、计算手段的进步是空间结构发展的技术支柱。我国20世纪60~70年代也有一些空间结构,但当时计算工具落后,严重影响空间结构的发展,20世纪80年代后计算机技术飞速发展,从电子管电子计算机发展为今天能实现高速运算的电脑,计算手段的革命促进了计算理论的发展,促进了结构体系不断创新。
大型赛事与展览直接推动了空间结构的发展。从20世纪开始至今,无论是奥林匹克运动会,世界杯足球赛,或者国际博览会,都是一次大跨度空间结构的展示会,每一届都会有新的空间结构诞生。这些创新的空间结构都是建筑师与结构工程师共同努力的结果。建筑师和结构师都借此把自己的创造性的思想和灵感固化为一座座不朽的丰碑。
2022/11/25
未来空间钢结构的跨度将进一步增大,杂交结构、预应力结构将有较大发展,仿生建筑将日益增多
结构形式
杂交空间结构体系。索-拱结构、网格结构-拱体系、拉索-网格结构体系、索-杆张力结构体系和索-杆-膜索穹顶体系等杂交空间结构体系可以充分发挥各原有结构性能和强度优势,增加整体结构的强度刚度和稳定性,减轻结构自重。
现代预应力空间结构。通过预应力技术来提升结构刚度、调整结构内力的分布的预应力网格结构、斜拉网格结构和通过预应力技术形成的新空间结构,如张弦梁结构、张拉整体结构和索穹顶结构等会有较大发展。
索穹顶结构和大跨度开合空间结构在我国还是空白,日后也将有所发展,特别是索穹顶结构被认为是当今最先进、跨度最大、重量最轻的空间结构
结构跨度
对于圆形平面和椭圆形平面的空间结构,其跨度发展到400-500m是完全可能的。
对于矩形平面和其他平面的空间结构,其跨度也可发展到300-400m
通过仿生学的研究,根据大自然中贝类、果实、树叶、蜂窝、鸟巢等动植物外形形状和结构构造,创造出自然美、新颖的空间结构形体。在仿生建筑领域,空间钢结构的结构设计师和建筑企业都大有用武之地
结构外形
2022/11/25
空间钢结构的节点将向标准化方向发展,制作和安装将向自动化和简单化方向发展
节点构造
制作与安装
研制和开发各类空间钢结构通用的和专用的受力合理、构造简单、制作安装方便且能定型化、标准化生产的新型节点体系。
研制与开发空间钢结构可调节、可控制的节点体系,以减少节点类型和消除施工安装误差。
改进和更新空间结构的加工工艺和设备,采用计算机程序控制的全自动化生产方法来加工制作节点、杆件、部件和小拼单元,提高加工精度和生产效率,保证产品质量,降低产品成本和工程造价。同时,利用计算机来实时操纵和控制空间结构施工安装全过程。
发展和推广空间结构的无脚手架和少脚手架的高空悬挂安装法。
发展和推广空间结构采用地面组装,并用简易设备、整体提升或顶升的施工安装方法,以便大幅度减少高空作业,加快施工周期和节约工程造价。
2022/11/25
体育建筑是空间钢结构的重要应用领域,结构形式随着时代发展日趋多样化
体育场馆体型巨大、标志性强,建设很受关注。不但要满足功能需要,更重要的是新颖、别致、和谐,能充分注重人、建筑和自然的完美统一
九十年代中期以前
九十年代中后期
本世纪初
基本上以网架结构和简单的网壳结构为主
以网壳结构、斜拉结构、张拉结构、桁架结构为主
呈现百花齐放格局,主要的结构形式有桁架结构、斜拉结构、张拉结构、索膜结构及其组合结构,而且随着结构形式的变化,所采用的材料、节点形式等也发生了很大的变化
中小学及高等院校
县市级体育场馆
省市级大型体育中心
大部分采用网架结构和网壳结构
以网壳结构、斜拉结构、张拉结构、桁架结构为主
结构复杂、形式多样,以桁架结构、斜拉结构、张拉结构、索膜结构及其组合结构居多
2022/11/25
随着国民经济的快速增长和体育运动的发展,我国体育场馆建设方兴未艾,中小型体育场馆将成为其中的主流
我国体育场馆建设的不足
我国体育场馆建设的推动力
体育场馆建设的市场巨大
贵州省88个县仅有8个县具有标准田径场、综合训练房、游泳池、灯光篮球场这四大场地设施。
辽宁省体育局副局长:“我省的竞技体育水平在全国一直处于前列,但体育设施比上海等地落后了整整20年!”
太原市的体育人口达100万左右,,。
国民经济快速增长,为体育场馆建设奠定雄厚经济基础
我国承办国际性比赛日益增多,推动体育场馆建设
全国运动会、城市运动会、少数民族运动会在全国各地轮流举办,体育场馆建设将长盛不衰
全民健身运动日益高涨,体育场馆建设与运营走向市场化和投资主体多元化,也将推动体育场馆的建设与发展
广州举办九运会之前:三年新建16个场馆。
南京市围绕十运会承办七个比赛项目而规划建设的十二个重要配套场馆,概算建设资金20亿
借举办第七届全国少数民族运动会的东风,宁夏体育场馆增长迅速,由申办七届民族运动会前的1个体育馆发展到现在的6个
大型体育场馆主要用于大型国际性或全国性体育赛事,受我国承办赛事时间影响,因而具有短期性,在2008年北京奥运会和2010年广州亚运会之前,场馆建设较多,投资巨大,是体育场馆建设的主要市场,但此后会急剧萎缩,退居次要位置
中小型体育场馆主要用于省、市、县一级的体育竞赛和群众性体育活动,随着国民经济的持续增长和群众性体育活动的开展,将有持续稳定发展,此外随着教育事业的发展和教育投资的增加,各类高校、中小学中体育场馆建设也将日益增多
中小型体育场馆将成为未来体育场馆建设的主流
2022/11/25
空间钢结构在工业建筑中也有广泛应用,并形成与轻型门式刚架结构并驾齐驱的局面
空间钢结构
轻钢结构(门式刚架轻型房屋钢结构)
优点
刚度大、抗震性能好
结构简洁、轻巧、刚度好、自重轻、施工周期短、工厂化程度高、造价便宜
应用
适用于大跨度、大柱网、多悬挂的工业厂房
适用于中小跨度、柱距在12m以内的轻型工业建筑
发展
八十年代快速发展,九十年代以后增长放缓
九十年代以后迅速发展,占领了工业建筑的半壁江山。
工业建筑是空间钢结构的重要应用领域,在网架结构和网壳结构已建成的2500多万平方米的面积中,一半以上为工业建筑。
空间结构在工业建筑中的应用表现为单体建筑面积越来越大,应用行业越来越多。
一些支柱产业如汽车工业、建材工业等和能源基础工业如电力工业始终是空间结构应用的最主要领域。
经济效益比较好的行业如烟草工业、食品饮料工业、邮电通讯电子工业等也是空间结构应用的重要领域。
随着国民经济发展,工业投资将持续增长,各类厂房仓库建设将继续发展;
网架与轻钢在工业厂房中的应用各有特点,不会相互取代,网架在工业厂房的应用不会停滞。
2022/11/25