结构空间论文（精选12篇）
结构空间论文 篇1
【案例概述】
本节课是高一地理鲁教版必修二的一节新授课案例。该案例的教学以周村区的城市结构为案例, 使用了学校的教学特色“721信息化翻转课堂”教学模式。本节课在淄博市“一师一优课”活动中被评为优课。
课前教师利用课前学案、电子地图和网络平台微课指导学生预习教材, 实地调查周村的主要城市活动和土地利用方式, 培养了学生调查研究的能力、理论联系实际的意识和热爱家乡的情感, 激发了学生的探究欲和求知欲。
课上, 教师组织学生展示共享本组调查成果, 为探究活动提供充足的图文信息, 引导学生进一步结合案例分析小组探究调查获取的资料, 归纳总结城市不同功能区的分布和形成原因, 这一过程中同时培养了合作学习意识和语言表达能力, 增强了学生的成就感。
本教学案例打破了传统教学以“课堂和课本为主”的束缚, 让学生走进自己生活的城市, 在调查、自主学习和合作探究中不断地展示自我、超越自我、成就自我。
【案例亮点】
亮点1:以乡土地理作为案例的复习导入
城市空间结构的上一节是城市区位和城市体系的学习, 课末通过网络平台的互动讨论, 教师设计了“结合周村的地理和历史材料, 分析周村城市形成和发展的主要区位因素”, 课下作业中教师提供了周村区的相关历史和地理资料, 通过资料一是学会应用本节课的重点知识, 二是为下一节课的调查和导入做好铺垫。本节课课上学习的伊始是教师利用平台点评上节课的课下作业的回帖情况, 回顾上节课的重点知识导入本节课。
亮点2:以乡土地理作为案例的信息采集与共享
课前教师设计和印制周村城区主要城市活动和土地利用方式调查报告, 分好小组, 明确调查的任务和要求, 就近组织调查周村城区主要城市活动和土地利用方式并将调查的成果上传至平台, 课上共享调查的成果。
亮点3:以乡土地理作为案例的问题设计与讨论
本教学案例设置了两个合作探究, 以调查的资料为案例, 紧扣课标要求“运用实例分析城市空间结构, 解释其形成原因”, 学生讨论热烈。
亮点4:分层次教学
分层次教学主要通过微课的设计和选做题的设置来实现的。课前学生预习过程中设计了《微课经济因素对城市空间结构的影响》在预习过程中有不明白的可以点击微课进行学习, 而理解了的学生可以选择不看。当堂检测设计了选做题, 有能力的学生可以做选做题, 选做题不在课上统一讲评而是以将其讲评制作成微课通过平台推送给选作了的学生, 从而达到了分层次教学的目的。
【教学反思】
《城市空间结构》是鲁教版必修二第二单元城市与地理环境第三节的内容, 本节内容是本单元的重点和难点。本节课主要探讨本节教材的第一个《课程标准》要求也是本节教材的重点内容———运用实例分析城市空间结构, 解释其形成原因。通过电子地图和实地调查, 学生结合课前学习的知识搜集自己生活城市的主要城市活动和土地利用方式的资料并将上传到网络平台;教师引导学生整理、分析收集的资料信息, 小组合作探讨不同功能区的分布和形成原因。
为了突破难点顺利完成教学任务, 本节在教学中以生本理念为宗旨, 以“721”信息化翻转课堂模式为指导, 借助网络学案充分引导学生进行网络搜索和实地调查, 获取自己生活城市的主要城市活动和土地利用方式的资料并将上传到网络平台;教师引导学生整理、分析收集的资料信息, 小组合作探讨不同功能区的分布和形成原因。
1.教材处理
结合课标要求“运用实例分析城市空间结构, 解释其形成原因”, 本人设计以自己生活的城市为案例, 对本节课的重点内容进行探讨。课前制作课前学案指导学生进行网络信息收集和实地调查获取自己生活城市的主要城市活动和土地利用方式的资料并将上传到网络平台。教师引导学生整理、分析收集的资料信息, 制定课上学案, 在课堂上展示自主学习和实地调查的成果, 并组织小组合作探讨不同功能区的分布和形成原因。教师通过课堂小结理顺本节课的重点知识, 并利用网络平台进行当堂测试巩固基础提升能力。
2.“721”信息化翻转课堂模式的应用
“721”信息化翻转课堂模式的应用, 主要是充分体现学生在课堂中的主体地位, 落实课堂教学中以生为本, 真正实现对学生现有知识水平的促进和提高。
70%的内容来自于学生自主学习, 包括课前学案的自主学习、互动讨论的交流回帖, 课上的交流展示以及课中环节的学习提交, 课后的拓展延伸和教学资源补充, 都借助学生的自主学习。20%的内容是合作学习, 针对同学提交讨论的点评, 课中学习学生思考后的交流以及重难点的突破, 涉及到学生的合作学习。10%的内容来自教师的引领教学, 包括对同学讨论后的点评, 重难点问题的学习提示, 教师的讲只是点拨和启发, 留给学生更多的思考发展的空间。
3.网络、个性化创新平台的应用优势
学生利用网络进行资料的收集和实地调查并发送到平台上, 分享收集的材料和调查的成果, 增加学生获取知识的渠道, 增强利用先进的技术工具获取信息知识的意识, 凸显教学中的生生互动、师生互动, 实现学生学习过程中的交流与合作的作用, 充分体现课堂中学生的主体地位。测试反馈功能及时反馈学生的做题情况, 便于老师第一时间获得学情, 进行课上讲评。个性化创新平台的使用延伸了现实课堂, 拓展学生展示、交流的空间和时间, 实现了现实课堂和虚拟课堂的有机结合。
4.本节课暴露的几个需要解决的问题
(1) “721”探究发现课堂教学模式倡导的是学生的自主展示、合作探究, 而学生的展示和探究的时间有相对的预定性和不确定性, 学生实际讨论或做题的时间有可能超出了老师的预定时间, 老师必须提高业务水平, 提高处理随机应变和课堂突发问题和事件的能力。
(2) 老师应进一步提高处理教材的能力, 课堂语言的规范性, 挖掘使用个性化平台中的资源和功能。设计的具体环节还需细化, 本人的语言需更规范, 注重自身专业发展。
【同行点评】
维度一:设计思想
教学观察人:王鹏
观察总结:利用调查报告, 收集实地材料, 将学生放出学校收回课堂, 设计思路清晰, 展示效果较好。在重难点处理上, 还可以进一步设计、细化。
维度二:教师引领、学生的活动
教学观察人:周春梅
观察总结:本节课在教师和学生的活动的设置中,
70%左右的内容来自于学生自主学习, 包括课前学案的自主学习、互动讨论的交流回帖, 课上的交流展示以及课中环节的学习提交, 课后的拓展延伸和教学资源补充, 都借助学生的自主学习。20%的内容是合作学习, 针对同学提交讨论的点评, 课中学习学生思考后的交流以及重难点的突破, 涉及到学生的合作学习。10%的内容来自教师的引领教学, 包括对同学讨论后的点评, 重难点问题的学习提示, 教师的讲只是点拨和启发, 留给学生更多的思考发展的空间。通过本节课学生的自主展示, 可以判断学生的调查任务相对较重, 对调查任务分配更要明确。
维度三:手段、工具
教学观察人:张竹青
观察总结:学生利用网络进行资料的收集和实地调查并发送到平台上, 分享收集的材料和调查的成果, 增加学生获取知识的渠道, 增强利用先进的技术工具获取信息知识的意识, 凸显教学中的生生互动、师生互动, 实现学生学习过程中的交流与合作的作用。测试反馈功能及时反馈学生的做题情况, 便于老师第一时间获得学情, 进行课上讲评。个性化创新平台的使用延伸了现实课堂, 拓展学生展示、交流的空间和时间, 实现了现实课堂和虚拟课堂的有机结合。对于平台, 还需进一步挖掘其资源和功能。教师学在具体的操作方面如讨论功能中图片上传, 对学生进行培训和指导。
摘要：本教学案例打破了传统教学以“课堂和课本为主”的束缚, 让学生走进自己生活的城市, 在调查、自主学习和合作探究中不断地展示自我、超越自我、成就自我。
结构空间论文 篇2
三、复习重点
1.城市区位选择的影响因素。?
2.城市土地利用类型及其分布特点。?
3.城市功能分区和空间结构。?
4.中心地服务范围的特点及其商品等级和服务等级的关系。
四、教具准备 课件、投影仪。
五、课时安排 2课时
六、教法 教师引领，小组活动
教学过程
一、 投影本节学习目标。
二、复习教材，掌握基础
(一) 学生通读教材内容，温习基本知识后回答：(10分钟)
1.区位与城市区位的概念
2.城市的`自然地理区位与城市的经济地理区位概念并举例。
3.从城市职能来看，城市的类型(幻灯片巩固练习)
4.城市的土地利用类型有哪些?最基本的是-----用地、----用地、---用地。分布特征是：
5.城市功能分区类别及影响因素
6.西方城市结构学说及其内容
7.中心商务区特征
8.中心地，服务范围，门槛
(二)基础训练1―10题(10分钟)(幻灯片)
(三)高考链接(幻灯片)(8分钟)
右下图是某城市从市中心到远郊的土地利用空间结构示意图。
在地价变化曲线上，近郊区地价出现了两个峰值，根据城市功能分区理论模型推测该区可能建设了
①蔬菜种植基地 ②高新技术
开发区
③大学城 ④美术馆
A.①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
B
烟台模拟)读某地区城市分布及图中甲城市地租等值线示意图，完成3~4题。
3.关于图中城市的叙述，正确的
是
①共有三级城市等级体系
②甲城市服务范围比乙城市
广 ③二级城市数目比三级
城市数目多 ④乙、丙都是甲
城的卫星城，服务功能相同
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
4.关于图中甲城市地租值大小
的描述，正确的是()
①a
b
A.①②B.②③
C.③④D.①④
作业布置 ：课时作业15
环境雕塑的空间结构 篇3
关键词：环境 雕塑 空间 心理
一、环境雕塑空间的定义
我们通常所说的空间是物质存在的一种客观形式，由长度、宽度、高度表现出来。是人们从具体事物中分解和抽象出来的认识对象，是绝对抽象事物和相对抽象事物、元本体和元实体组成的对立统一体。雕塑不再仅仅是形体自身，而是指形体和一定范围内的空间的总和，本质上是一种占有空间并对空间起调节作用的造型艺术。完整的雕塑空间，应该是实体空间和虚体空间的融合。雕塑空间是雕塑语言的重要组成部分。它包括了由雕塑的“实体空间”、“环境空间”以及受众者的“心里空间”所共同构成的一个相互影响的空间结构。任何一种雕塑的体积都是能动地、扩张地存在于一定空间之中，并与周围的环境空间和形体发生密切的关系。
当今街道、广场、园林、绿地等成为了艺术发挥的空间。环境雕塑作为环境艺术的一种形式应运而生，没有坏境，就没有环境雕塑，它是社会意识形态构成因素之一，环境雕塑与空间的关系是密不可分的。一件雕塑作品一旦放入特定的环境中，就会对周围的环境空间产生一定影响，反之，周围环境同样也会影响着雕塑。亨利·摩尔是研究环境雕塑空间绕不开的一个人物。“亨利·摩尔基于对现代雕塑开放空间形态的认识和对宇宙空间深刻内涵的理解，在雕塑创作中也采用了开放式的空间造型，以虚无的空间替代实在的形体，使空间积极参与雕塑造型，改变了传统雕塑那种封闭式的实体空间。他的雕塑《头盔系列》和《立体内外》就是这种开放空间造型的代表作。”①
二、环境雕塑中的空间结构
地理学家戴维·哈维的空间理论认为，人类理解空间有三种模式———绝对空间、相对空间和关系空间。三种空间具有单向的层级规则，即者总是包含前者，前者只是后者的特例。每种空间都具有自身的结构和规则，它们共同构成我们现实世界多维度的空间形态。环境雕塑是具有典型的多层次空间结构的艺术形态，其实质是多层次的空间、环境与社会文化的综合，是与人类多层次的空间实践相对应的一种艺术形式。
“环境雕塑是以人为中心、以环境为对象、运用雕塑艺术手段，结合姊妹艺术和工程技术，经规划与工程实施，创造和美化生活环境的空间艺术。作为空间媒介，它在组织引导环境空间指向、调节环境空间功能、提高人们审美意识和生活情趣的基础上，丰富生活空间的艺术氛围与文化内涵。”②首先，环境雕塑是存放在一定环境中，必然会受到该环境的外在条件制约。其次，环境雕塑是是一门公共艺术，其创作题材同样受到限制。最后环境雕塑建设是以人为核心，所以环境雕塑受视觉规律的限定。环境雕塑应当符合人的审美要求和接受程度，与名俗文化相辅相成。环境雕塑具有景观性，而构成景观性的要素分别是：1.雕塑主体，即雕塑形体自身占有的实体空间，这时，除了形体自身的空间以外，这个空间并不因为被雕塑占据而消失其自身的三维性反而被更加强调突出；2.环境，承载雕塑空间的物质背景，雕塑形体外围的受到形体控制和影响的空间，是雕塑实体周围的存在；3.人，即雕塑艺术的受众者。所以环境雕塑的空间结构包括雕塑空间、环境空间和受众的心理空间。
（一）雕塑空间
雕塑空间指的是雕塑本身占有着实体空间，包括物理特性和几何形态。它由点、线、面的结合，构成“物理”概念下占有空间的体积。雕塑的形体起伏与变化使雕塑产生动态的变化。布鲁诺·艾迪里亚尼说过：“雕塑强化了感觉空间里的生命力，使我们感觉并意识到了它的存在”。环境雕塑一方面用自身的形体和外部轮廓来界定了它占有空间，从而影响着其周围的环境空间，使得雕塑的空间结构显得丰富而活跃，同时使的环境与雕塑之间形成一种默契和感染力。另一方面，雕塑通过自身体量的大小、饱满程度来产生视觉张力，不仅向外影响和组织着空间的结构，同时它又以一种特殊的方式向内组织着雕塑的空间结构。不过这一雕塑占有体积并不是静止的，它通过自身的形、体积、线条的流动以及所蕴涵的情感内涵形成一种向外延伸扩展的张力，并向四周辐射。
雕塑具有物质性特征，以物质的形式在空间中存在，所以，当雕塑被置于特定的环境中，它就自然与周围的环境空间形成两种类型的空间关系，也就是实空间和虚空间。实空间是立体的占有三维空间的实在形体，而虚空间必须是由实体空间来界定才能体现。例如，“曾成钢创作的《水浒系列人物——鲁智深》和严威创作的装饰雕塑《中国风》，也都成功地尝试了用凹陷的结构和开放式的空间来表现和替代凸出的局部形体，创造和利用了雕塑的负空间，同样取得了很好的视觉效果。”③负空间不是可有可无的，它是组成一个完整空间不可缺少的部分，两个空间的有机融合，才能构成一个雕塑的完整空间。
（二）环境空间
在公共艺术的场所中，放置在环境当中的环境雕塑并不是孤立存在的，它与环境中的各类因素比如建筑，草地，人流，天空，道路等会构成一个复杂的组织关系，在这个关系里，空间因素就显得尤为重要了。空间决定着环境的质量，而雕塑又是环境的“点睛之笔”，尤其是作为城市建设和环境整体因素之一的城市雕塑，即使是以雕塑为主体，亦不可忽视其与环境间的互动关系。因此，我们谈论雕塑的时候，雕塑自身及其环境空间自然地被摆在了极其重要位置。雕塑实体能够积极主动地组织和调节空间，使空间产生有机秩序，产生活力，变得有生气和富有情感。同时，因为雕塑的加入，空间的层次感也变得更加鲜明，空间被活化，人化。雕塑给原来客观静止的空间注入节奏，使空间环境瞬间变得梦幻而神秘。雕塑自身的这种空间特点，极大地丰富了人们的想象和创造能力。endprint
环境空间的范畴绝不仅仅是以自然环境为主的物质环境，它还包括人文环境。人文环境是指社会背景、民族、文化素质等非物质因素。任何环境都是这两方面的综合，环境的物质状态和人文特征共同组成特定的环境个性特征，形成有情感意味的空间。环境空间在不断的建设、改变中发展，雕塑在整个环境空间中要起到画龙点睛的作用。一件好的雕塑作品是应该适应环境的整体氛围的，人们感受到的是来自整个环境艺术带来的美感
（三）心理空间
环境雕塑的心理空间是受众在参与环境雕塑对话过程中的感应。不同的职业、年龄、性格回呈现出不同的心理或精神层面，反映出受众在审美、行为、文化等方面的一种状态。人们体验艺术家作品里面所包涵的意义空间是无限的，只是作品因受者而异，既可以很局限，也可以将观者引向无边无际。所以，心理空间并没有固定的标准。它是通过视知觉，达到调整与均衡环境空间与雕塑空间关系这一目的的。雕塑的空问结构并非是静止的、固定的。它随着时间的流逝，随着时间的图式转换而流动。这种流动不是均匀的重复，而是富于节奏的变幻不定的流动。雕塑的占有空间，合围空间以及环境空间，当其作用于心理空间时，也是相互流动的，并不因为形体界面的分割而将空间自身的渗透性消失掉，而是使这种流动性有了更明确的知觉意义。心理空间是主观主动的。它感受体会现有的环境空间、雕塑空间以及两者组合在一起是否协调理想。因此，心理空间是均衡环境空间和雕塑空间、建构环境雕塑景观空间的支点。对于受众而言，是提升人文素养、培养高尚情操的巨大推动力。
三、环境雕塑的空间的视觉规律
（一）“远视”浏览
环境雕塑是存在于环境之中，并在内容、审美形式上与环境融为一体，具有视觉开放性、环境特定性和受众公共性的造型艺术形式。当占有一定空间的雕塑被安放在了一定的环境中，我们可以称之为一处景观，它是一个被动的客体客观存在，然而公共的空间里所有的环境因素都不是主角，雕塑也不是主角，公众才是主角。环境以人为本，环境为人服务，人才是真正的主角，我们的雕塑和环境设计首先是和谐的人性化的设计。在经济、科技、交通高度发展的今天，并不是所有人都有足够的时间参与到原先设定好的环境景观构建中，他们也许就是远远地看上一眼，对于这类人来说走进他们眼里的也许就只是一幅画面，顺序是环境空间、雕塑空间，最后回归到心理空间。
（二）“近视”参与
环境雕塑具备公众性和参与性，传统意义上的雕塑已经不能满足现代环境雕塑的要求，人们从被动接受转换到了主动参与，环境雕塑使周围静止的空间活跃起来，给人们一个心理释放的情感场所。公众性与参与性可以让人们充分享受环境的情感乐趣。雕塑作为环境雕塑景观构建的客观的主体存在人们首先关注的就会是雕塑空间与之相应的会产生心理活动去感受或者衡量雕塑空间，也就是心理空间。而后人们会把注意力放在环境空间上，去进一步确定环境空间是否能够接纳雕塑空间，雕塑空间和环境空间结合的是否协调理想。
四、结语
空间构成是环境雕塑的其十分重要语言范畴的组成部分，正是在这种既向外又向内的的组织结构中，环境雕塑艺术才呈现出自身的无限丰富的形态，满足大众心理接受的需要的同时给观赏者留下无穷的想象空间。环境雕塑存在的意义和价值，就在于调和了空间的气氛，创造出崭新的空间环境。只有把客观环境的公共性、人文环境的公众性及雕塑形式美的公众性三者同时考虑，并有机地协调起来才能充分展现出环境雕塑的魅力。
【注释】
①房中明.浅谈雕塑的空间形态[J].雕塑，2008（03）：60-61
②于俊峰.环境雕塑学科建设小议[J].雕塑，2000（04）：28-29.
③房中明.浅谈雕塑的空间形态[J].雕塑，2008（03）：60-61
【参考文献】
[1]马钦忠.雕塑·空间·公共艺术[M].第一版.上海：学林出版社，2004.
[2]俞孔坚.景观·文化·生态与感知[M].北京：科技出版社，1998.
[3]张绮曼.环境艺术设计与理论[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.
[4]宗白华.美学散步[M].上海：上海人民出版社，1998.
结构空间与造型 篇4
关键词：结构,功能,造型
彭一刚先生在他的《建筑空间组合论》中曾经说过:“现代的建筑师必须和结构工程师相配合才能最终地确定设计方案, 因此正确地处理好功能、结构之间的关系显得非常重要。”结构形式是服务于功能和审美这双重目的的, 任何一种结构形式都是为适应一定功能要求而被人创造的。建筑往往从功能出发做造型设计, 但必须有适当的结构形式保驾护航。
工业革命时代带给人类文明一个翻天覆地的变化, 面对新的材料和动力来源, 机械和工程科学的使用, 建筑界的先驱们认为, 建筑亦应该有新的形态和风格, 以反映这些结构性的转变。出现了如框架结构、薄壳结构、悬索结构、充气结构等等的多种形式的新型结构, 给建筑物形体的表现提供了前所未有的可能性。这些新结构更符合力学的规律性, 他自身必然有一种内在的和谐性, 并和形式美的原则是一致的。例如悬索结构, 这是一种新的结构技术, 用于大空间建筑既合理又好看, 但悬索这种结构技术, 其形式却有多种多样, 已建成的一些建筑, 同样是悬索结构, 但它们都有各自的个性, 并不雷同。北京国家奥林匹克中心的游泳馆和体育馆, 外观是根据体育建筑的功能、个性和结构要求等因素构思和确定方案的, 外观整体形象新颖、个性鲜明、刚柔并济, 馆的两端矗立着60m~70m高的钢筋混凝土塔筒, 并以斜拉钢索吊起双坡凹曲的大屋顶, 屋脊中央缀以突出的形似庑殿式的中国传统建筑符号。再如北京工人体育馆, 也是悬索结构, 它从自行车轮胎那里得到启示。其结构形态与自行车轮胎的道理是一样的, 轮胎上的一根根钢丝即屋顶上的索。
近现代建筑中高层建筑层出不穷, 其主要结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架一剪力墙体系、框架一筒体体系、筒中筒体系、束筒体系、刚臂芯筒框架体系、巨型框架体系、竖筒悬挂体系、框一撑体系、支撑一刚臂休系、支撑筒体系、空间佑架体系、巨型框架体系等。当我们在结构力学允许的范围内, 调整梁、柱、墙的数量、比例、排列方式和截面形式等因素的时候, 看似枯燥的结构就展现出无比丰富的表现力。其中框架体系是我们现在应用的结构中最为广泛的一种, 可以说百分之九十的建筑物都是用框架结构搭建起来的。沙利文曾经说过:“当框架结构被放在两个基础上, 建筑便发生了。”力和力量感是我们认识结构类型的重要切入点。从力的角度来看, 框架结构是比较明确的, 从力量感上来看, 却比较复杂, 因为框架结构中的不同构件, 由于使用条件, 如跨度、高度等的不同, 以及构件本身的材料和使用方法不同, 会呈现出许多不一样的效果。剪力墙是为建筑物提供刚度抵抗侧向风力和地震力的竖向平面隔板, 一般做成实体墙, 有时墙上可以有一些为安装门窗或管道系统而设置的洞口。剪力墙在平面上可以组合成不同的形状。一般说来, 剪力墙是一些竖向平板形成的构件, 但也可以做成曲线型、折线形或者斜板形。在一栋多层建筑中, 剪力墙可以设置在很多地方, 它可以成为外墙、内墙或者核心墙。在框架结构中, 把剪力墙布置成筒体, 围成的竖向箱形截面的薄臂筒和密柱框架组成的竖向箱形截面, 就形成框架-筒体结构体系, 具有较高的抗侧移刚度, 被广泛应用于超高层建筑。整体建筑主要由几大框筒承担重量, 单元内的墙体不起承重作用, 成为真正的活性建筑, 墙体可以随意改变, 甚至整层都可以随意间隔。
在结构体系中, 也要在美学的观念上保持平衡。一些成功的建筑整体, 往往结构体系并非最合理的形式。如香港的银行, 采用悬挂式结构体系, 从结构传来看, 其荷载传递路线为:楼板—悬挂拉杆—析架—支撑刚架—基础, 其结构体系在受理合理性和经济性上并非最优。但由于这种结构体系的选用, 使得建筑底部全部架空, 只有八根柱落地, 底层宽敞的开放空间成为城市的交通通道和行人的公共活动空间, 在建筑内部则为使用者提供了和内部无柱的大办公空间, 使空间获得最大的灵活性。在这一项目中, 由于建筑师的整体把握, 通过牺牲一部分结构合理性而取得了内外空间的整体效益。另外, 普通高层建筑的结构设计希望竖向刚度均匀变化。而为满足空间环境、视觉环境的需要, 也常会采用退台、切挖、悬挑、大悬臂等手法, 带来竖向结构刚度的突变, 这也需要部分牺牲结构的合理性。如美国旧金山大型公共图书馆中庭, 圆锥形的明玻璃顶并不对称, 而是有一点歪斜, 主楼梯平台和楔形期刊阅览室伸出来, 悬在圆形大厅之上, 这些不规则的结构突变, 无疑增加了结构设计和施工的难度, 但歪斜的玻璃天窗在地面产生旋转的光线图案, 不规则凸起的平台增加空间的旋转主题。使规矩严明的结构空间增添了新的装饰性效果, 丰富了建筑内部的情感空间。
虽然结构体系和构件可以进行调整和改动, 但是建筑造型不同于雕塑, 建筑不仅要注意形式美法则, 更需注意结构技术和施工技术等问题。建筑是消耗巨大物质与人力的社会产物, 是供给他人使用与观赏的, 故在进行建筑创作构思、联想、想象时, 绝不可天马行空, 更不能胡思乱想, 要防止不切实际的和可能带来其他方面或后遗症的异想天开。建筑的实用部分和营造部分是相当重要的。澳大利亚的悉尼歌剧院, 它的形象很动人, 可是这个建筑的失败, 也就在形象。外行人喜欢, 内行人不一定喜欢, 为什么?
(1) 他的形式和内容不统一, 歌剧院的音质效果是功能要求的重要内容, 但作为名作的该剧院音质不佳成了最大问题。
(2) 这种结构形式与真正的结构做法不符, 外观看起来是壳体结构, 而真正的结构其实是钢筋混凝土拱肋结构。
正由于以上两点, 它的工期长, 造价昂贵。悉尼歌剧院也只好伴着遗憾迎接世人的观赏。这可见建筑师不同于雕塑家, 不能随心所欲。建筑师在创作过程中不能太“浪漫”, 有些设计不但建造困难, 内部的空间更是难以使用, 外型则哗众取宠, 一点也不耐看。
意大利现代著名建筑师奈维认为:“建筑是一个技术与艺术的综合体。”只有将技术与艺术完美的结合才能创造出一座堪称完美的建筑。
参考文献
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[2]奈维[著].黄运升[译].建筑的技术与艺术.北京:中国建筑工业出版社, 1981:98.
[3]周大明.建筑形象设计中的结构技术构思与结构技术表现[J].建筑师, 2001 (98) :412.
[4]北京市建筑设计院.体育建筑[M].北京:中国建筑工业出版社, 1979:26.
[5]赵鹏飞, 徐飞鹏, 郭宪龙.浅论建筑的性格[J].青岛建筑工程学院学报, 2004, 25 (1) :43244.
大跨空间结构的发展 篇5
在这实际的三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。与此同时，无法进行简单分解的真正意义上的空间体系也始终没有停止其自身的发展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现出大
自然的美丽和神奇。空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当跨度增大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系。
近二十余年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”（Superdome），直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；现在这一地位已被1993年建成夏径为222m的日本福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1／3或开启2／3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。70年代以来，由于结构使用织物材料的改进，膜结构或索-膜结构（用索加强的膜结构）获得了发展，美国建造了许多规模很大的气承式索-膜结构；1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，也采用这种结构技术尤为先进，其近似圆形平面的直径为204m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（GeogiaDome，1992年建成）采用新颖的整体张拉式索一膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。
由于经济和文化发展的需要，人们还在不断追求覆盖更大的空间，例如有人设想将整个街区、整个广场、甚至整个山谷覆盖起来形成一个可人工控制气候的人聚环境或休闲环境；为了发掘和保护古代陵墓和重要古迹，也有人设想采用超大跨度结构物将其覆盖起来形成封闭的环境。目前某些发达国家正在进行尺度为300m以上的超大跨度空间结构的设计方案探讨。
可以这样说，大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。国际《空间结构》杂志主编马考夫斯基（Z.S.Makowski）说：在60年代“空间结构还被认为是一种兴趣但仍属陌生的非传统结构，然而今天已被全世界广泛接受。”从今天来看，大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。例如，早在20年前美国土木工程学会曾组织了为期10年的空间结构研究计划，投入经费1550万美元。同一时期，西德由斯图加特大学主持组织了一个“大跨度空间结构综合研究计划”，每年研究经费100万马克以上。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。国际壳体和空间结构学会（IA）每年定期举行年会和各种学术交流活动，是目前最受欢迎的著名学术团体之一。
我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多，空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化，相应的理论研究和设计技术也逐步完善。以北京亚运会（1990）、哈尔滨冬季亚运会（1996）、上海八运会（1997）的许多体育建筑为代表的一系列大跨空间结构——作为我国建筑科技进步的某种象征在国内外都取得了一定影响。
种种迹象说明，我国虽然尚是一个发展中国家，但由于国大人多，随着国力的不断增强，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛，而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。这是我国空间结构领域面临的巨大机遇。
但与国际先进水平相比，我国大跨空间结构的发展仍存在一定差距。主要表现在结构形式还比较拘谨，较少大胆创新之作，说明新颖的建筑构思与先进的结构创造之间尚缺乏理想的有机结合，尤其是150m以上的超大跨度空间结构的工程实践还比较少；结构类型相对地集中于网架和网壳结构，悬索结构用得比较少，而一些有巨大前景的新颖结构形式如
膜结构和索-膜结构、整体张拉结构、可开合结构等在国外已有不少成功的工程实践，在我国则还处于空白或艰难起步阶段。情况看来是，我国空间结构的发展经过十余年来在较为平坦的草原上的驰骋之后，似乎遇上了一个需要努力跃上的新台阶。这一新台阶包含材料和生产条件等技术问题，也包含尚未很好解决的一些理论问题。为促进我国空间结构进一步的更高层次的发展，有待科技工作者和企业家努力创造条件，以求得这些技术问题和理论问题较快较好地解决。
大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩，习惯上分为如下这些类型：钢筋混凝土薄壳结构；平板网架结构；网壳结构；悬索结构；膜结构和索－膜结构；近年来国外用的较多的“索穹顶”（CableDome)实际上也是一种特殊形式的索－膜结构；混合结构(HybridStructure)，通常是柔性构件和刚性构件的联合应用。
在上述各种空间结构类型中，钢筋混凝土薄壁结构在50年代后期及60年代前期在我国有所发展，当时建造过一些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳，在理论研究方面还投入过许多力量，制定了相应的设计规程。但这种结构类型日前应用较少，主要原因可能是施工比较费时费事。平板网架和网壳结构，还包括一些未能单独归类的特殊形式，如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等，总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快，且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用，可总称为张力结构。这类结构富有发展前景。下面按这两个大类简要介绍我国空间结构的发展状况。
二、空间网格结构
网壳结构的出现早于平板网架结构。在国外，传统的肋环型穹顶已有一百多年历史，而第一个平板网架是1940年在德国建造的（采用Mero体系）。中国第一批具有现代意义的网壳是在50和60年代建造的，但数量不多。当时柱面网壳大多采用菱形“联方”网格体系，1956年建成的天津体育馆钢网壳（跨度52m）和l961年同济大学建成的钢筋混凝土网壳（跨度40m）可作为典型代表。球面网壳则主要采用助环型体系，1954年建成的重庆人民礼堂半球形穹顶（跨度46.32m）和1967年建成的郑州体育馆圆形钢屋盖（跨度64m）习能是仅有的两个规模较大的球面网壳。自此以后直到80年代初期，网壳结构在我国没有得到进一步的发展。
相对而言自第一个平板网架（上海师范学院球类房，31.5mx40.5m）于1964年建成以来，网架结构一直保持较好发展势头。1967年建成的首都体育馆采用斜放正交网架，其矩形平面尺寸为99mx112m，厚6m，采用型钢构件，高强螺栓连接，用钢指标65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。1973年建成的上海万人体育馆采用圆形平面的三向网架净架110m，厚6m，采用圆钢管构件和焊接空心球结点，用钢指标47kg每平米。当时平板网架在国内还是全新的结构形式，这两个网架规模都比较大，即使从今天来看仍然具有代表性，因而对工程界产生了很大影响。在当时体育馆建设需求的激励下，国内各高校、研究机构和设计部门对这种新结构投入了许多力量，专业的制作和安装企业也逐渐成长，为这种结构的进一步发展打下了较坚实的基础。改革开放以来的十多年里是我国空间结构快速发展的黄金时期而平板网架结构就自然地处于捷足先登的优先地位。甚至80年代后期北京为迎接1990年亚运会兴建的一批体育建筑中，多数仍采用平板网架结构。在这一时期，网架结构的设计已普遍采用计算机，生产技术也获得很大进步，开始广泛采用装配式的螺栓球结点，大大加快了网架的安装。
但事物总是存在两个方面。在平板网架结构一枝独秀地加快发展的同时，随着经济和文化建设需求的扩大和人们对建筑欣赏品位的提高，在设计日益增多的各式各样大跨度建筑时，设计者越来越感觉到结构形式的选择余地有限，无法满足日益发展的对建筑功能和建筑造型多样化的要求。这种现实需求对网壳结构、悬索结构等多种空间结构形式的发展起了良好的刺激作用。由于网壳结构与网架结构的生产条件相同，国内已具备现成的基础，因而从80年代后半期起，当相应的理论储备和设计软件等条件初步完备，网壳结构就开始了在新的条件下的快速发展。建造数量逐年增加，各种形式的网壳，包括球面网壳、柱面网壳、鞍形网壳（或扭网壳）、双曲扁网壳和各种异形网壳，以及上述各种网壳的组合形式均得到了应用；还开发了预应力网受、斜拉网壳（用斜拉索加强网壳）等新的结构体系。近几年来建造了一些规模相当宏大的网壳结构。例如1994年建成的天津体育馆采用肋环斜杆型（Schwedler型）双层球面网壳，其圆形平面净跨108m，周边伸出13.5m，网壳厚度3m，采用圆钢管构件和焊接空心球结点，用钢指标55kg每平米。1995年建成的黑龙江省速滑馆用以覆盖400m速滑跑道，其巨大的双层网壳结构由中央柱面壳部分和两端半球壳部分组成，轮廓尺寸86.2mx191.2m，覆盖面积达15000平米，网壳厚度2.1m，采用圆钢管构件和螺栓球结点，用钢指标50kg每平米。1997年刚建成的长春万人体育馆平面呈桃核形，由肋环型球面网壳切去中央条形部分再拼合而成，体型巨大，如果将外伸支腿计算在内，轮廓尺寸达146mx191.7m，网壳厚度2.8m，其桁架式“网片”的上、下弦和腹杆一律采用方（矩形）钢管，焊接连接，是我国第一个方钢管网壳。这一网壳结构的设计方案是由国外提出的，施工图设计和制作安装由国内完成。
在网壳结构的应用日益扩大的同时，平板网架结构并未停止其自身的发展。这种目前来看已比较简单的结构有它自己广泛的使用范围，跨度不拘大小；而已近几年在一些重要领域扩大了应用范围。例如在机场维修机库方面，广州白云机场80m机库（199年）、成都机场140m机库（1995年）、首都机场2Zmx150m机库（1996年）等大型机库都采用平板网架结构。这些三边支承的平板网架规模巨大，且需承受较重的悬挂荷载，常采用较重型的焊接型钢（或钢管）结构，有时需采用三层网架；其单位面积用钢指标可达到一般公用建筑所用网架的一倍或更多。单层工业厂房也是近几年来平板网架获得迅速发展的一个重要领域。为便于灵活安排生产工艺，厂房的柱网尺寸有日益扩大的趋向，这时平板网架结构就成为十分经济适用的理想结构方案。1991年建成的第一汽车制造厂高尔夫轿车安装车间面积近8万平米（189.2mx421.6m），柱网21mx12m,采用焊接球结点网架，用钢指标31kg每平米。该厂房是目前世界上面积最大的平板网架结构。1992年建成的天津无缝钢管厂加工车间面积为6万平米（108mx564m），柱网36mx18m,采用螺栓球结点网架，用钢指标32kg每平米，与传统的平面钢桁架方案比较，节省了47％。鉴于这类厂房的巨大圆积，它们确实为平板网架结构的发展提供了广阔的新领域。十分明显，包括网架和网壳在内的空间网格结构是我国近十余年来发展最快，应用最广的空间结构类型。这类结构体系整体刚度好，技术经济指标优越，可提供丰富的建筑造型，因而受到建设者和设计者的喜爱。我国网架企业的蓬勃发展也为这类结构提供了方便的生产条件。据估计，近几年我国每年建造的网架和网壳结构达800万平方米建筑面积，相应钢材用量约20万t。这么大的数字是任何其它国家无法比拟的，无愧于“网架王国”这一称号，难怪国外有关企业对这一巨大市场垂涎欲滴。
如此大的发展势头自然也会带采一些问题。与国际水平相比，我国目前网架生产的工艺水平和质量管理水平尚有一定距离。尤其是在市场需求带动下，大量小型网架企业雨后春笋般成立起来，难免良莠不齐，设计也非总由有经验人士担任。因而大力加强行业管理，切实把握住设计制作和安装质量，是促进我国空间结构进一步健康发展的重要课题。
三、张力结构
中国现代悬索结构的发展始于50年代后期和60年代，北京的工人体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。北京工人体育馆建成于1961年，其圆形屋盖采用车辐式双层悬索体系，直径达94m。浙江人民体育馆建成于1967年，其屋盖为椭圆平面，长径80m，短径60m．采用双曲抛物面正交索网结构。
世界上最早的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的Raleigh体育馆，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或技术水平来看在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间，一直到80年代，由于大跨度建筑的发展而提出的对空间结构形式多样化的要求，这种形式丰富的轻型结构重新引起了人们的热情，工程实践的数量有较大增长，应用形式趋于多样化理论研究也相应地开展起来形势相当喜人。
柔性的悬索在自然状态下不仅没有刚度，其形状也是不确定的。必须采用敷设重屋面或施加预应力等措施，才能赋予一定的形状，成为在外荷作用下具有必要刚度和形状稳定性的结构。值得称道的是，我国的科技人员在学习和吸收国外先进经验的同时，在结合工程具体条件创造更加符合中国国情的结构应用形式方面做了不少尝试和创新。
例如，山东省淄博等地把悬索结构应用于中小型屋盖结构中，颇具特色。他们主要采用单层平行索系或伞形辐射索系加钢筋混凝土屋面板的构造方式。施工时先将屋面板挂在索上（使索正好位于板缝中），在板上临时加载使索伸长，然后在板缝中浇灌细石混凝土，待达到一定强度后卸去临时荷载，即形成具有一定预应力的“悬挂薄壳”。这种构造和施工方法不需要复杂的技术和设备，造价也比较低。
为了提高单层悬索的形状稳定性，在单层平行索系上设置横向加劲梁（或桁架）的办法也是十分有效的。横向加劲构件的作用有二：一是传递可能的集中荷载和局部荷载使之更均匀地分配到各根平行的索上；二是通过下压横向加劲构件的两端到预定位置或通过对索进行张拉使整个体系建立预应力，从而提高屋盖的刚度。从安徽体育馆等几个工程的实践来看这种混合结构体系施工方便，用料经济，是一种成功的创造。
由一系列承重索和曲率相反的稳定索组成的预应力双层索系，是解决悬索结构形状稳定性的另一种有效形式。其工作机理与预应力索网有类似之处。1966年瑞典工程师Jawerth首先在斯德哥尔摩滑冰馆采用由一对承重索和稳定索组成被称为“索桁架”的专利体系，其后这种平面双层索系在各国获得相当广泛刚用。我国无锡体育馆也采用了这种体系。作为对这种体系的改进，吉林滑冰馆采用了一种新型的空间双层索系，它的承重索与稳定索在不同一阵平面内，而是错开半个柱距，从而创造了新颖的建筑造型，而且很好地解决了矩形平面悬索屋盖通常遇到的屋面排水问题。这一新颖结构参加了1987年在美国举行的国际先进结构展览。
我国悬索结构发展的另一个特点是在许多工程中运用了各种组合手段。主要的方式是将两个以上预应力索网或其它悬索体系组合起来，并设置强大的拱或刚架等结构作为中间支承，形成各种形式的组合屋盖结构。例如四川省体育馆和青岛市体育馆的屋盖是由两片索网和作为中间支承的一对钢筋混凝土拱组合起来的。北京朝阳体育馆由两片索网和被称为“索拱体系”的中央支承结构组成。中央索拱体系由两条悬索和两个钢拱组成，本身是一种混合结构，其概念也具有创新意义。采用各种组合式屋盖不仅进一步丰富了建筑造型，而且往往能更好地满足某些建筑功能上的要求，例如为体育馆建筑提供了“最优”的内部空间。单纯从技术经济角度，单片索网或其它悬索体系可以经济地跨越很大的跨度，本非必须采用中间支承结构。所以，采用组合式屋盖在很多场合毋宁说主要是出于建筑造型和使用功能方面的考虑。从我国这几年的实践效果来看，它在这方面是起到了预期作用的。
将斜拉体系引用到屋盖结构中来，可形成一系列混合结构形式。这种体系利用由塔柱顶端伸出的斜拉索为屋盖的横跨结构（主梁、桁架、平板网架等）提供了一系列中间弹性支承，使这些横跨结构不需靠增大结构高度和构件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉网壳也属于这类混合结构。
尽管十余年来悬索结构取得了可喜的发展，但与网架和网壳结构比较其发展相对较慢，分析起来可能有两方面的原因：（1）悬索结构的设计计算理论相对复杂一些，又缺少具有较高商品化程度的实用计算程序，因而难于为一般设计单位普遇采用；（2）尽管悬索结构的施工并不复杂，但一般施工单位对它不够熟悉，更没有形成专业的悬索结构施工队伍，这也影响建设单位和设计单位大胆采用这种结构形式。
与此同时，同属于张力结构体系、在国外应用很广的膜结构或索-膜结构在我国则处于艰难起步阶段。除了设计理论储备和生产条件方面的原因外，缺少符合建筑要求的国产膜材是一个主要的制约因素。从国外情况看，1970年大阪万国博览会上的美国馆采用气承式膜结构（俗称充气结构），首次使用以聚氯乙烯（PVC）为涂层的玻璃纤维织物，受到广泛注意，其准椭圆平面的轴线尺寸达14Omx835m，一般认为是第一个现代意义的大跨度膜结构。70年代初杜邦公司开发出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名称Teflon）为涂层的玻璃纤维织物，这种膜材强度高，耐火性、自洁性和耐久性均好，为膜结构的应用起到了积极推动作用。从那时起到1984年，美国建造了一批尺度为138m-235m的体育馆，均采用气承式索-膜结构，取得了极佳的技术经济效果。但这种结构体系也出现了一些问题，主要是田于意外漏气或气压控制系统不稳定而使屋面下瘪，或由于暴风雪天气在屋面形成局部雪兜而热空气融雪系统又效能不足导致屋面下瘪甚至事故。这些问题使人们对气承式膜结构的前途产生怀疑，美国自1985年以后在建造大型体育馆时没有再使用这种结构形式。人们把更多的注意力转到张拉式的膜结构或索-膜结构。但如前面所提，日本在1988年建成的东京后乐园棒球馆仍然采用气承式索-膜结构，不过应用了极为先进的自动控制技术，而且采用双层膜结构，中间可通热空气融雪；中央计算机自动监测风速、雪压、室内气压、膜和索的变形及内力，并自动选择最佳方法来控制室内气压和消除积雪。
张拉式膜（或索-膜）结构自80年代以来在发达国家获得极大发展。这种体系与索网结构类似，张紧在刚性或柔性边缘构件上，或通过特殊构造支承在若干独立支点上，通过张拉建立预应力，并获得确定形状。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得体育场外径288m，其看台挑蓬由24个连在一起的形状相同的单支柱帐篷式膜结构单元组成。每个单元悬挂于中央支柱，外缘通过边缘索张紧在若干独立的锚固装置上，内缘则蹦紧在直径为133m的中央环索上。1993年建成的美国丹佛国际机场候机大厅采用完全封闭的张拉式膜结构平面尺寸305mx67m，由17个连成一排的双支柱帐篷式单元组成，每个长条形的单元由相距45.7m的两根支柱撑起。这两个工程是比较典型的大型张拉式膜结构的例子。另外还有一类骨架支承式膜结构。例如日本秋田县的“天穹”（Skydome）是一个切去两边的球面穹顶（D=130m），其主要承重结构是一系列平行的格构式钢拱架，蒙以膜材后，用设在两拱中间的钢索向下拉紧，并在屋面上形成V形排水（雪）沟槽。这种骨架是支承式膜结构的例子也是很多的。然而由美国工程师Geiger根据Fuller的张拉集合体（Teegrity)概念发展起来的所谓“索穹顶”（CableDome），也许是近10年来最为脍炙人口的一种新颖张拉体系。Teegrity原是指由连续的拉杆与分散的压杆组成的自平衡体系，其指导思想是充分发挥杆件的受拉作用。然而严格意义上的Teegrity体系未能在工程中实现。Geiger进行了适当改造，提出了支承在圆形刚件周边构件上的预应力拉索-压杆体系，索沿辐射方向布置，并利用膜材作为屋面，他称之为“索穹顶”，并首先用于1988年汉城奥运会的两个体育馆工程。美国的Levy进一步发展这种体系，改用联方形拉索网格，使屋面膜单元呈菱形的双曲抛物面形状，并用于1996年亚特兰大奥运会体育馆，其平面呈准椭圆形，尺寸达24lmx192m。这类张拉式索-压杆-膜体系，重量极轻，安装方便，在大跨度和超大跨度建筑中极具应用前景。
与世界先进水平相比，中国在膜结构方面的差距是十分明显的。几年来在理论研究方面做了不少工作，应该说已建立起一定的理论储备。在膜结构应用方面近年来也开始呈现比较活泼的势头。上海为迎接八运会于1997年建成的体育场其看台挑篷采用钢骨架支承的膜结构，总覆盖面积36100平米，是我国首次在大型建筑上采用膜结构；但所用膜材是进口的，施工安装也由外国公司进行，价格较昂贵。值得指出的是，中国已出现了专门从事膜结构制作与安装的企业，他们已兴建了几个较小型的膜结构。国产膜材的质量也正在改进。各种迹象表明，膜结构这一族富有潜力的大跨空间结构新成员在我国的发展已露出桅尖。
四、理论研究
（1）空间结构的应用是同相应的理论研究同步发展的。应该说我们在空间结构理论研究大面做了许多工作。主要研究内容偏重于静力作用下的结构性状和分析方法，以满足一般设计工作的要求为主要目标。这些研究为我国空间结构的发展提供了基本的理论支持。早期的工作偏重于以连续化理论为基础的各种解析方法的研究，例如平板网架的拟板解法、网壳的拟壳解法；悬索结构在荷载作用下要产生较大位移，因而计算中应考虑几何非线性，当时发展了一系列适用于不同形式悬索结构的考虑大位移的解析方法。在一段时期内，当计算机尚未广泛运用于结构计算以前，各种解析方法曾对空间结构的发展起过重要作用，但解析方法终究有其局限性，它们具有不同程度的近似性，而且往往仅适用于某些特定的结构形式。
计算机的普及和有限元分析方法的广泛运用为空间结构的加速发展创造了真正的条件。许多大型的和特殊形式的新颖空间结构只能用计算机程序进行分析。我国从80年代开始陆续编制出适用于不同空间结构的各种计算机分析程序和CAD软件，且功能日益完备。现在我们设计空间结构几乎全部依靠计算机。事实上，当设计由成千杆件和结点组成的大型空间网格结构，尤其是当采用螺栓球结点时，离开适用的CAD软件是无法想象的。但也应当指出，对某些形式的悬索结构来说，简单实用的解析方法仍然有意义；对于像双层索系等比较简单的体系，解析力法已完全可以提供准确而完整的计算结果。例如，吉林滑冰馆的大型悬索屋盖设计是由简单的手筹来完成的。
十余年来关于空间结构研究的一个特点是做了大量的试验。这是我国结构研究领域的一个优良传统。80年代乃至90年代初期建造的几乎每一个有代表性的大型空间结构，都作过模型试验或现场实测。这些试验研究同理论分析工作一起，以及它们之间的相互印证，使我们对原来可能比较生疏的各种新颖空间结构的基本性能了解得越来越全面，为设计这些结构积累起比较丰富的理论储备。
（2）除了关于各种类型空间结构的基本性状和计算方法的研究以外，一些更为基础性的理论研究也受到了重视，例如关于网壳稳定性的研究已取得许多重要成果。
稳定性是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题，也是国内外十多年来的热点研究领域。结构的稳定性能可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念；这种全过程曲线要由较精确的非线性分析得出。从非线性分析的角度来考察，结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。结构的荷载-位移全过程曲线可以把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。当考察创始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。
但是当利用计算机对具有大量自由度的复杂体系进行有效的非线性有限元分析尚未能允分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。在较长一段时期内，人们不得不求助于连续化理论（“拟壳法”）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。这种方法显然有较大局限性：连续化壳体稳定性理论本身并未完善，事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。因此，在许多重要场合还必须依靠细致的模型试验来测定稳定性承载力，讲与可能的计算结果相互印证。
随着计算机的发展和广泛应用，非线性有限元分析方法兴起，并逐渐成为结构稳定性分析中的有力工具。我国从80年代后期开始也积极开展以非线性全过程分析为基础的网壳稳定性研究。在总结国外已取得成果的基础上，在理论表达式的精确化、合理选用平衡路径跟踪的计算方法、灵活的迭代策略等方面进行了深入细致的探索，使具有大量自由度的复杂结构体系的全过程分析成为可能；并编制出相应的分析程序。此外，在研究初始缺陷对网壳稳定性的影响时，对所提出的“一致缺陷模态祛”（即认为初始缺陷按最低屈
曲模态分布时可能具有最不利影响）的合理性和有效性进行了仔细论证，并使之规范化。
在上述理论成果的基础上，采用大规模参数分析的方法，进行了网壳稳定性分所实用方法的研究。即结合不同类型的网壳结构，在其基本参数（几何参数、构造参数、荷载参数等）的常用变化范围内，进行大规模的实际结构全过程分析，对所得结果进行统计分析和归纳，考察网壳稳定性的变化规律，最后通过回归分析提出网壳稳定性验算的实用公式。近几年来，共计对2800余例各种形式的实际尺寸网壳结构进行了全过程分析，得到了相当规律性的结果。所提出的实用公式用起来比较简便，然而是建立在精确分析方法的基础之上的。这一工作很受广大设计部门欢迎。这些公式已列入正在编制的“网壳结构技术规程”（征求意见稿）。应该说，我国关于网壳稳定性的研究是相当深入和细致的。
（3）相对来说，国内外关于网壳结构在风和地震荷载作用下的反应研究得较少。作者个人认为，对网壳结构来说，风荷载的动力作用可能不是设计中的主要问题，但随着网壳尺度的增大，深入研究其抗地震性能则具有重要意义。在抗震领域，对高层和高耸结构研究得比较透彻；但网壳等大跨结构的动力性能具有不同特点，例如其频率分布比较密集，往往从最低阶算起前面数十个振型都可能对其地震反应有贡献，因而一般的振型分解法是否适用是一个值得探讨的问题，不同方法（包括竖向）的地震作用引起的反应往往是同量级的，因此考虑多维输入可能是一个相当重要的问题；国外已建的和我国今后将要建的一些超大跨度网壳尺度十分巨大，因而在计算中也许有必要考虑地震动力的空间相关性；此外，单层网壳结构在静力作用下的稳定性是设计中的重要因素，它们在地震作用下同样存在动力失稳问题，其严重性如何？对于某些动力反应过大的网壳结构，是否有必要采取适当的振动控制措施？诸如此类问题都是我国学术界正在深入思考或已着手进行研究的问题。
（4）具有曲面形状的空间结构是最充分地利用形状来抵抗外力作用的结构形式，所以空间结构的形体设计（或从理抡分析角度称作形态分析）具有十分重要的意义。对于钢筋混凝土薄壳和钢网壳等较刚性的体系，其形态分析主要涉及结构几何形状的优化。对索网、膜和索-膜等柔性结构体系，形态分析具有更基本的意义，因为在一定边界条件下，柔性体系仅当存在适当预应力时才具有确定的形状，且其几例形状是随支承条件和预应力分布形态而变化的；因而结构设计的首要内容就是所谓的“找形”（Form-finding），借此来确定形状-预应力-支承条件这一综合系统与使用要求之间的优化组合。“找形”一般采用非线性有限元分析方法，但理论上远未定型。英国Barnes等提出的动力松弛法和德国Linkwitz等提出的力密度法等近似方法也能成功地应用于一些特定类型问题。日本半谷近年来提出形态分析的概念试图使空间结构的形体设计理论进一步系统化，很有意义。这一理论有待继续发展。我国在悬索结构和膜结构的“找形分析”或更确切地说“初始平衡状态分析”方面作过不少工作，并编制了一些相应的软件。今后似应在下列两方面进行更系统的理论研究工作：一方面是在总结现有分析方法的基础上，建立起统一的形态分析理论，与计算机图形学相结合，系统跟踪柔性空间结构的成形——受力全过程并形成相应的软件；另一方面是在形态分析理论的基础上，提出空间结构几何形状的优化准则和分析方法。
（5）膜结构和索-膜结构等柔性体系自振频率较低，是风敏感性结构，因而研究这类结构在风作用下的反应及其抗风设计方法十分重要。这一课题具有较大理论难度，国内外研究尚少，在许多方面基本上是空白，因而开展这一研究尤具重要意义。
我们对悬索结构的风振问题做过一定研究，针对这种大跨柔性结构频域宽且频率分布密集的特点，提出了适用的随机风振反应分析方法；并且，针对悬索结构这种非线性体系，提出了广义风振系数的概念，通过大规模参数分析，为椭圆形及菱形平面的常用索网结构提出了简便的实用计算方法。还组织过相应的刚性模型和气弹模型的风洞实验。
对于不同的结构体系，其风振特性也有差别。采用传统屋面材料的悬索结构整体工作性能相对较好（局部变形较小），结构的整体位移对气流场的改变不大。这类结构在风作用下的振动一般属于限幅随机振动。膜和索-膜结构具有不同特点，膜既是受力构件又是覆面材料，且质轻面薄，结构的局部刚度很小，在风作用下，局部膜单元的加速度和速度反应较大，可能对周围的空气紊流速度产生影响，导致气弹反应和颤振。因此在研究膜结构和索-膜结构的风振问题时，应对可能的动力失稳问题进行深入的理论分析和风洞实验研究。
河北燕郊的空间结构规划 篇6
关键词：燕郊；空间结构；规划
一、燕郊的基本概况
燕郊镇目前的总面积是105.2平方千米，管辖55个行政村。它与北京市通州区只隔了一条潮白河，距北京市中心天安门30公里，距北京首都国际机场25公里，距天津港120公里。京哈高速公路、京秦、大秦电气化铁路横贯东西，北京的多路公交车直通区内，使得燕郊与北京两地之间的时空距离大大缩小。
二、燕郊的空间结构规划
可以将燕郊的地域空间划分为“一条发展带和五个发展区”。这“一条发展带”就是沿着潮白河的旅游产业发展带；五个发展区，即金融商贸区、科研文化服务区、医疗健康产业区、高科技工业区和农产品生产区。
下面将用SWOT分析方法来对这一规划的可行性进行分析。
（一）旅游产业发展带（沿着潮白河分布）
1、优势：（1）区位优势：与北京只有潮白河相隔且交通便利，能够吸引来自北京的游客。（2）自然环境优势：潮白河的水域面积较大、绿化环境较好，这一带没有遭受到工业发展所带来的污染，空气清新、空气中负氧离子含量很高，非常适合休闲度假。（3）基础优势：已建有华堂、京华两个国际高尔夫俱乐部及9家星级酒店。
2、劣势：这一区域的旅游资源尚未得到较高程度的开发，大型、高档的旅游度假设施较少；旅游开发的成本较高。
3、机遇：北京市委、市政府、市人大、市政协将在2017年年底搬迁至通州，离通州仅一河之隔的燕郊也会更加受人关注，将会吸引更多的旅游者和投资人。
4、威胁：同行业竞争激烈：京津冀地区旅游度假地较多，比如北戴河，它们的发展程度和知名度都比较高。
基于上述分析，燕郊靠近潮白河的区域可以通过规划来发展旅游产业：（1）这一区域应该以潮白河水域为依托，建立大型的游泳馆、水上游玩世界及其他游乐场。（2）应该加大对旅游产业区的交通基础设施建设，一方面可以在潮白河上设置来往于两岸的船只；另一方面可以增建几条由旅游区通向京哈高速公路的道路。（3）进一步加大招商引资力度，开发旅游资源，并且通过媒体等多种渠道来进行宣传。上述几点建议如果付诸实践，将能够为燕郊旅游产业的发展创造更好的条件。
（二）医疗健康产业区（位于燕郊的西南部）
1、优势：（1）区位优势：临近京哈高速公路，交通便利；紧邻潮白河附近的旅游产业发展带，自然环境优越。（2）已建有燕达国际健康城，它是一个规模较大的、现代化的绿色生态医疗健康和老年养护基地。（3）市场广阔：北京由于“城市病”的存在，缺乏安静的养老场所，有很多北京籍的老年人愿意到燕郊去养老。
2、劣势：（1）医疗健康设施建设成本高、耗费资金量大。（2）燕郊缺乏经验丰富的医疗健康服务人员和医术较高的医生。
3、机遇：（1）为了疏解北京的非首都功能，北京将推动市属优质医疗卫生资源通过整体搬迁、办分院、对口支援、共建共管等方式从中心城区向外疏解，燕郊的医疗机构会从中获益。（2）燕达集团对燕达国际健康城的投资建设还在进一步进行中；汇福粮油集团投资的汇福国际健康中心也正在建设中。
4、威胁：“十三五”期间，河北省的11个地级市和环京津的县都将建设医养结合型的养老基地，这将会对燕郊医疗健康产业的发展形成较大的竞争压力。
综合上述分析可知，燕郊发展医疗健康产业潜力较大。燕郊应该：（1）经常培训本地的医护人员并引进医疗行业的高层次人才；（2）优化健康城的服务和管理水平，建立满足多方面需求的医疗健康体系，注重形成拥有自身特色的医疗健康产业；（3）定期派一部分医护人员到周边地区免费做服务，这能够起到很好的宣传作用。总之，燕郊应该充分利用现有优势、抓住机遇，积极打造接近国际先进水平的医疗健康产业。
（三）金融商贸区、科研文化服务区和高科技工业区
金融商贸区就是燕郊镇老城区，科研文化服务区位于金融商贸区的北面，高科技工业区位于金融商贸区的东面。
1、优势：（1）老城区有一些发展商贸的基础条件。（2）人才优势：老城区的北面有20多家科研机构、8所大专院校。（3）高科技工业区已经有20多年发展高科技产业的历史，有一定的产业基础优势。
2、劣势：（1）金融商贸区目前的发展水平仍然不高。（2）科研文化服务区缺乏高层次人才且不能为产业的发展提供高水平的研发成果。（3）高科技工业区目前仍没有规模较大的高科技产业。
3、机遇：（1）由于北京非首都功能的疏解，有着13年经营历史的北京市海淀区盛宏达小商品城于2016年5月正式迁往燕郊金融商贸区，新盛宏达在5月底进入试营业阶段。（2）“京津冀协同发展”将会给燕郊带来机遇，燕郊能够承接北京的部分产业转移。
4、威胁：区域竞争：目前河北省其他地区都在积极承接来自北京的产业转移、优化自身的经济结构，这将会给燕郊的经济向现代金融业、高科技产业转变带来竞争。
基于上述分析，燕郊的金融商贸区、科研文化服务区和高科技工业区的布局具有可行性，但发展都不成熟，需要：（1）进一步吸纳学历程度更高、专业知识更扎实的人才；（2）完善各园区的配套设施建设，为承接北京地区的产业转移做好准备；（3）对科研文化服务区进行详细规划，按科技、人文等不同种类进行分区；（4）加大科研资金投入、鼓励创新，力争形成竞争力较强的高科技产业。
（四）农产品生产区（位于燕郊的东北部）
1、优势：（1）燕郊的东北部地区主要是农村地区，包括苍头村、圣家屯村、翟家庄村、姜庄村等，这些地区的地价相对便宜且空地相对多些。（2）这些村庄紧邻京秦高速公路，驾车进入京哈高速公路也只需十几分钟，交通便利。
2、劣势：（1）散户种植较多，没有形成较大的农产品生产基地。（2）缺乏经验丰富的农业技术人员来指导农民生产符合绿色、健康标准的农产品以及防范病虫害等。（3）未对农产品进行统一的收购、销售。
3、机遇：随着通州北京行政副中心的建设，通州区将会得到快速发展，人口规模将会扩大，对农产品的需求量也将会增大。
4、威胁：区域竞争激烈：广阔的华北平原耕地面积较大，能够大量地生产品种多样的农产品。
综合上述分析，燕郊的农产品生产区可以：（1）依托燕郊本地和通州市场，建设绿色、无公害的农产品生产基地，比如有机蔬菜生产基地；（2）聘请经验丰富的农业技术人员来指导农民生产，他们可以在农作物的不同生长期定期给农民授课，讲述农业生产领域的科学性知识；（3）在农业基地附近组建农产品销售公司，专门负责农产品的收购和销售；（4）应该修筑一条由基地通向京哈高速公路的道路，以便于农产品向外运输。上述四个方面不仅能够合理开发利用空地，还能够增加农民收入、推动燕郊的经济发展。
参考文献：
[1] 李德华.城市规划原理（第三版）.北京：中国建筑工业出版社，2001.22～23
[2] 林航.吉林空间规划[D].长春：东北师范大学硕士论文，2005.5
跨度空间结构研究 篇7
1.1 大跨度空间结构的概念分析
我们常说的空间结构主要是与平面结构相对来说, 通常我们日常工程建设的拱形结构衔架与梁等都是平面结构, 平面结构是二维结构, 所承担的荷载以及内部的应力变形都在二维平面内。但是空间结构的变形、应力与何在都要考虑到三维空间, 此时普通的二维分析与假设已经不能解决三维的空间结构分析, 跨度空间的结构要考虑空间作用。在现实的三维空间世界里, 每一个结构物体都具备空间特点与性质, 跨度空间结构的性能与优势不仅仅可以在三维空间内受力, 更重要的是, 通过三维空间的作用, 可以利用空间结构的合理形体来承担较大的外在荷载力, 跨度越大, 就越显示出空间结构的经济、技术的功能与性能。当结构跨度较大时, 平面结构就已经不能承担。综合国内外的大跨度建筑结构来看, 大多数的跨度建筑结构采用的都是空间结构的体系形式。
1.2 大跨度空间结构的主要类型分析
跨度空间结构的形式与类型十分丰富, 通常大跨度空间结构的类型包括: (1) 跨度网格空间结构类型, 一般分为跨度网架空间结构以及跨度网壳空间结构; (2) 跨度实体的空间结构类型, 包括折板空间结构以及薄壳空间结构; (3) 跨度张力空间结构, 包括薄膜空间结构与悬架空间结构; (4) 还有其他形状的跨度空间结构类型, 比如开合屋盖空间结构、折叠空间结构、张弦空间结构等。
1.3我国跨度空间结构发展的现状分析
我国大跨度空间建筑水平与国外发达国家相比还存在一定差距, 但是随着近些年我国社会的发展以及经济实力的增强, 跨度空间结构也得到了很大的发展, 建设了独具特色的大跨度空间建筑, 比如北京奥运会的鸟巢建筑结构等, 大跨度建筑空间结构的发展代表了我国建筑科技水平的提高与进步。我国是一个人口大国, 随着中国经济实力的不断增强, 还会继续建造更多大跨度建筑空间结构, 比如展览、休闲、体育、机库、航空港等大型的空间建筑结构的需求, 因此我国大跨度空间结构面临着较大的机遇与发展空间。与国际发达国家的跨度空间水平相比, 我国跨度建筑空间结构的发展水平还存在较大的差距, 现今我国较多的跨度空间结构比较简单拘谨, 缺乏创新大胆的跨度建筑空间形式, 较多跨度空间建筑结构都不够大, 超过一百五十米以上的大跨度建筑空间结构建设的比较少。国外建设了较多具有发展前景的新型跨度空间结构, 比如可开合空间结构、整体拉张空间结构、薄膜空间结构等, 而我国在这些跨度建筑空间结构形式面前还举步维艰, 在这块领域上比较空白, 因此为了促进我国跨度建筑空间结构的发展与进步, 我国建筑科技人员还需要继续努力。
2 跨度空间结构主要类型的特点分析
大跨度空间结构是判断一个地区或国家综合建筑技术水平的标志之一, 主要的建筑结构包括薄壳空间结构、网架空间结构、膜空间结构、悬索空间结构以及网壳空间结构或者是这些结构的空间组合形式, 这些空间结构在影剧院、展会中心、体育场、大型商场中的应用非常广泛。以下对这些主要类型的特点进行分析。
2.1 跨度建筑空间的网架结构
网架结构是指若干根杆件按照特殊的几何形状将节点连接起来的空间结构, 一般都是由多层平板形网格结构, 材料使用的大多是型钢或者钢管。主要的网架结构形式构成分析:建筑网架的空间结构可以由平面衔架构成, 还可以通过四角锥体、三角锥以及六角锥组成, 不同的结构组成可以分为不同的网架结构形式。跨度建筑空间网架结构的特点包括:刚度大、重量小、传力简捷、空间作业、施工方便、商品化、节点钢架容易定型、网架布置比较灵活多变、便于管道与吊顶设备的安装、可批化生产, 作业效率高、网架结构的造型大方美观。
2.2 跨度建筑空间的网壳结构
网壳结构是曲面形状的网格结构, 分为单双层网壳, 主要的材料有钢筋混凝土网壳、木材网壳、钢材网壳。主要的结构形式有:双曲线抛物曲面的网壳结构、圆柱曲面的网壳结构、双曲面的网壳结构。跨度建筑空间网壳结构的特点:跨越能力高、结构刚度大、造型比较丰富、便于安装、可组合构成大型的结构空间、连接节点与小型网壳构件可以工业化制作、经济效益高、可以灵活创作使用。
2.3 跨度建筑空间的薄膜结构
薄膜结构比较新颖, 是典型的大跨度建筑空间结构类型, 也被称作织物结构。选用的材料为织物, 在薄膜内可以通过空气压力来支撑着整个薄膜面, 这种空间结构体系刚度大, 覆盖率大。主要的结构类型为:骨架式的薄膜结构以及张拉形式的薄膜结构。跨度建筑空间薄膜结构的特点:施工比较方便、刚度大、跨度大、自重小、自洁性好、透光性高、耐久性差、具有较高的安全性以及良好的经济性、建筑结构的造型可以自由发挥。
2.4 跨度建筑空间的悬索结构
所谓悬索结构, 实际上就是指将具有拉伸能力的索作为基础的承重构件, 将索按照具体的建筑结构规律构成一种空间结构系统。一般情况下悬索结构常用于屋盖结构, 基本的构成为支撑结构、屋面系统以及悬索系统。主要的材料包括钢板、型钢、圆钢等。跨度建筑空间的悬索结构特点为:布置比较灵活、钢材强度高、自重轻、安装简单、适用于多种建筑平面、理论设计比较复杂。
2.5 跨度建筑空间的薄壳结构
薄壳结构就是建筑工程中的壳体结构, 主要的材料包括钢材薄壳、混凝土薄壳、复合材料、砖薄壳等。薄壳结构主要的特点为:刚度与强度大、荷载性能高、具有较高的经济效益、结构效率高、受力均匀合理。除了以上介绍的基本建筑结构跨度空间外, 还有很多其他形式的空间结构形式, 大跨度的空间结构与建筑的组合一致是人们的目标与追求, 不同的跨度空间结构都有其自身的适用范围以及特点, 这些跨度空间的形式组合反应了建筑空间的融合与沟通, 体现了较高的空间效果。
3 结束语
总之, 跨度空间结构是现今建筑结构形式的主要发展形式, 跨度空间结构的发展促进了我国建筑行业的发展, 在进行跨度空间结构设计时, 我们要进行精密的计算与分析, 满足建筑结构空间受力的合理性。
参考文献
[1]沈世钊.大跨空间结构的理论研究和工程实践[J].中国工程院院士大会.2012, 07 (10) :20-25.
框架结构空间刚度的研究 篇8
框架结构是一个空间受力体系, 为方便起见, 现今采用忽略结构纵向和横向之间的空间联系, 忽略各构件的抗扭作用, 将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算的设计方法, 未能考虑楼板和框架结构的空间连接刚度形成的空间作用影响。本文对框架结构的空间作用进行研究, 尽可能地解决好结构安全性与经济性之间的矛盾, 即在优先保证结构安全的原则下, 使结构的工程造价经济合理, 为工程设计找出行之有效的方法。
混凝土结构设计规范GB50010-2002第5.2.1条和5.2.2条指出:线弹性分析方法可用于混凝土结构的承载能力极限状态及正常使用极限状态的作用效应分析。杆系结构宜按空间体系进行结构整体分析, 并宜考虑杆件的弯曲、轴向、剪切和扭转变形对结构内力的影响。体形规则的空间杆系结构, 可沿柱列或墙轴线分解为不同方向的平面结构分别进行分析, 但宜考虑平面结构的空间协同工作。可见, 随着科研试验技术水平的不断提高以及有限元方法的不断完善和相关计算机技术日趋成熟, 各种结构形式下的空间作用问题将越来越提上议事日程, 并且得到不断地深入研究。
当力作用在某一榀结构中时, 其余结构对它的空间作用可以简化为弹性支座上的连续梁来计算, 其计算示意图如图1所示:
当有力F作用于某一柱顶时, 由于结构的空间作用, 与作用有力的柱相临的其它柱端必然也要承担荷载, 其所承担的荷载值的大小与结构的空间刚度有关。
图1中的弹性支座相当于水平荷载传至柱子时柱子的抗侧能力对水平梁的作用。其平面图如图2所示。
弹性支座上的连续梁的计算问题, 实系在荷载与支座位移的两种因素共同作用下的计算问题, 这种支座位移的量决定于荷载的大小及弹性支座的柔度系数C的大小。所谓的柔度系数, 意即弹性支座在单位力作用下的伸缩量。施加荷载后截面方程的形式如下:
式中:△np为由于外力作用而使n点产生的角位移, 其计算公式如下:
式中:ωn, ωn+1分别为在跨度ln和ln+1内由于荷载所引起的弯矩图的面积
an, bn+1分别为这两个弯矩图面积的形心至各该跨度的左支座与右支座之间的距离, 如图3所示:
由于荷载总是通过梁作用于支座位置处, 把所求得的系数δ及自由项△代入原方程经过整理后就得出弹性支撑连续梁的方程的计算表达式为:
式中, Mn为第n跨支座处的弯矩
E为纵梁的弹性模量
I为梁对于y轴的截面惯性矩
Ln为第n跨的跨度
Rn0为将第n跨简化为简支梁时的支座反力
按照弹性理论, 对连续梁来讲, 与其相隔两跨以远的其余跨对其内力的影响很小, 所以当连续梁为多跨时可简化为五跨进行计算。又由于第1、2跨间更具有吊车作用的代表性, 故取荷载作用在第1、2跨间。其计算简图如图4所示。
当荷载的作用方式如上图所示且梁的跨度相等时, 五弯矩方程可表示为如下形式:
此方程组的解为:
此方程组中的M值为由于柱子对于水平梁的弹性支撑作用而在梁中产生的水平方向的弯矩。在工程设计中, 一般都是先根据竖向荷载定出梁的纵向配筋和截面尺寸, 之后, 再对比水平弯矩值。如果所得的水平弯矩值同竖向弯矩值相比很小, 则可认为该梁为无限刚梁, 水平弯矩可不加考虑;如果水平弯矩值很大时, 则纵梁的设计就要同时考虑水平和竖向两个方向的弯矩。通过计算可得出, 随着截面惯性矩I值的增加, 纵向弯矩值在减小, 且随着混凝土E值的增大, 在相同I值的情况下弯矩值也在减小。可见梁的纵向抗弯刚度越大、混凝土的级别越高, 纵梁的水平弯矩越小, 即结构的空间刚度越好。
参考文献
[1]古国纪.单层工业厂房整体空间作用的研究 (大型屋面板屋盖体系) [J].清华大学学报, 1973 (1) :85-98.
[2]李大为.双T板在工业建筑中的应用[J].工业建筑, 2002 (8) :65-71.
[3]王金国, 廖健.双T板屋面体系单层工业厂房模型结构的地震模拟实验[J].世界地震工程, 1994 (2) 89-96.
结构空间论文 篇9
3丨无锡各年度全局集成度分析
1.引言
历史上所有生机勃勃的城市都具有一个共同的必备因素,那就是城市组织不但高度复杂,而且整齐有序(Jacobs,1961)。传统中国城市在漫长的自适应过程中形成了稳定有序的空间结构。而进入1990年代,在高速城市化的背景下,城市空间结构在市域范围内重构进程加快,城市规划急需对多维的城市空间结构进行综合量化评测,以建立科学的控制指标体系。本文以无锡为例,借助数字化分析工具,量化研究城市空间结构的合理性,探索城市空间结构优化控制的策略,为未来建立规划控制指标体系提供参考。
2.无锡城市空间句法量化研究
2.1 主要参数内涵
本次研究使用了空间句法1公司Depthmap10软件的轴线分析功能,包含了角度、实际距离、拓扑距离等权重因素,能对城市空间轴线进行定量分析。
集成度2反应城市空间单元与其他空间单元集聚、离散的程度,它体现了空间单元对其他空间的可达性与中心集聚性。全局集成度反应空间单元与整个空间系统的紧密联系程度,局部集成度则反应空间单元与其几步深度范围内的局部城市空间的关联程度。智能度也称空间的可理解度,反应城市空间局部集成度与整体集成度的相关性,它表示城市空间可被感知理解的程度。智能度越高则城市空间的局部集成度与整体集成度的关联程度越高,该城市空间局部中心性能越容易融入整个城市空间系统中,从而形成倍增效应产生复杂、多样的城市空间。城市空间的智能度值表示为城市空间局部集成度值(一般取三步集成度)与全局集成度值的相关系数的平方。
2.2 基于空间句法的城市空间结构演变分析
无锡从公元前202年建制至今漫长的历史演替中,城市空间形态拓展可分为两大阶段四个时期(表1)。通过对无锡历史地图(图1)的街巷空间矢量化处理,将轴线图输入空间句法软件Depthmap10,分别运算得到城市空间的全局集成度(In)和局部集成度(I3空间句法轴线图(图2)。
2.2.1 依托老城的单中心发展
从公元前202年至民国初年是无锡块状缓慢发展时期,城市建成区的发展基本集中在2.5平方公里由城墙限定的范围之内,城市内部水系与运河形成“一弦两弓九箭”的平面布局,街巷格局依托水系相生相融。通过对清光绪七年(1881年)县城图街巷空间句法分析发现,全局集成度较高值分布在城市地理中心的十字交叉区域,全局集成度与局部集成度最高值所在街巷均为京杭古运河一侧的街道In=1.72857,I3=2.86304,局部集成度与全局集成度轴线范围基本吻合。
民国初年依运河建成的铁路和航运共同推动了城市的轴向扩展,建国后无锡城市建设突破城墙的限制,城市依托火车站,汽车站,轮船码头形成大片工业区,城市中心仍在人民路和中山路一带。全局集成度较高值分布在中山路与人民中路十字交叉轴线一带,最高值为东西向的人民中路In=1.60052,南北向的中山路In=1.38581,东西向轴线对全局空间结构的影响更为显著。局部集成度最高值在人民中路I3=2.49986,在城市规模较小时,全局集成度轴线和局部集成度轴线影响范围基本重合。
2丨无锡各年度集成度分析
4丨无锡各年度局部集成度分析
改革开放后城市工业用地迅速增加,城市脱离轴向扩展模式,单一功能的开发区建设很难脱离老城区功能支撑,整个城市的用地形态以“摊大饼”模式急遽扩张。人民中路为全局集成度的最高值In=1.35758,五爱路In=1.29135和人民西路In=1.26061,其全局集成度上升,中山路全局集成度有小幅度的下降In=1.26524,具有全局影响力的城市空间轴线呈现轴向延伸的趋势。局部集成度最高值出现在梁溪路I3=2.57475,城西片区抱山发展改变了原先城市建成区与自然环境彼此渗透、交错发展的状态。
2.2.2 行政力与市场力共同推动下的多中心萌芽
进入新千年,无锡城市建成区扩张速度显著加快,城市以跳跃式外向拓展为主导,单中心发展格局与城市规模已不适应,城市空间需要进行结构性的调整优化。结合城市功能片区定位重组,无锡确定了多中心发展格局,形成中心城区、太湖新城、科技新城、蠡溪新城、锡东新城、惠山新城六大功能片区。
对2004年无锡现状路网轴线分析发现全局集成核偏离老城厢南移,运河东路全局集成度最高为In=1.20677,与之相交的太湖大道为In=1.17969,城市向南沿湖发展的趋势显现,整个城市的拓扑中心南移,由于规划中的功能片区路网处于完善阶段,其对中心城区的反磁力扩散作用不够明显,新的拓扑核心与中心城区地理中心过近,中心城区仍有摊大饼圈层发展趋势。现状路网局部集成度较高值由高至低分别为:科技新城的锡太路I3=2.93993、蠡溪新城的太湖大道I3=2.84812、中心城区的中山路I3=2.72734、锡东新城的东亭路I3=2.68818、惠山新城的钱威路I3=2.42167,太湖新城现状路网较疏,局部集成度偏低,局部集成度值较高轴线基本位于各功能片区发展重心。
2.3城市空间轴线智能化分析
统计分析1881年、1963年、1995年、2004年全局集成度和局部集成度值,得到各年份全局集成度与局部集成度的描述值以及Pearson相关系数3。经图表分析可发现:
(1)全局集成度逐步下降,局部集成度稳中有升
自无锡建城至民国初年,无锡城市建设基本囿于老城厢范围内,城市空间轴线数量相对较少,全局集成度值历史上最高。随着城市范围突破城墙的限制,空间轴线数量增加,全局集成度逐步下降,到2004年全局集成度轴线最高值出现在太湖大道一带,全局集成核跳出老城厢呈南移趋势,这反应了城市规模扩大和发展重心南移对空间拓扑核的拉动作用,全局集成度值的整体逐步下降也符合随城市规模扩大城市空间中心离散的规律(图3)。同时,局部集成度稳中上升,在局部空间呈集聚加强的趋势(图4),各片区的中心性凸显,城市多中心发展的萌芽初现,这为城市整体空间结构的调整优化提供了契机。
(2)城市空间智能度下降
在数学表达式上,城市空间智能度为局部集成度与全局集成度相关系数的平方,其变化趋势与相关系数一致。经SPSS统计分析可知,1881、1963、1995年城市轴线的相关系数分别为0.822、0.914、0.827呈高度相关,2004年相关系数0.618呈中度相关,空间智能度下降,因1881年至1990年代初城市空间的离散趋势不明显,城市局部中心性较弱,局部集成度核与全局集成度核基本吻合,而到了1990年代末至本世纪初,无锡的城市化进程加快,城市空间离散趋势加强,局部集成核与全局集成核空间上偏离,城市空间的智能度因而下降。
(3)新版规划路网局部集成度与全局集成度低度相关,空间智能度较低
针对无锡城市用地布局粗放,空间发展不集聚,缺乏特大城市的整体布局结构,产业、生态空间布点不够明确的现状,无锡总体规划调整确定了主城区“1+5”的功能格局(图5)。然而根据新版总体规划路网计算其空间句法集成度相关系数仅为0.475,呈低度相关,空间智能度较低。全局集成度最高值为0.613,最小值为0.127,平均值为0.421,均低于现状的参数值(图6)。缺乏显著的全局集成度轴线,局部集成度值较高轴线分别位于太湖新城和蠡溪新城地理中心、锡东新城与科技新城交界处,惠山新城局部中心性不明显(图7),整体路网空间辨识性不强,各片区边界特征模糊,城市生态绿地系统设置未能与各功能片区划分相结合,东南向规划缺乏相应的生态廊道或防护绿带,各功能片区有连绵成团发展趋势。
3.无锡城市空间结构的规划控制
3.1 以生态空间为骨架,构筑明晰的功能片区发展边界
当前老城与新城之间,各新城组团之间没有利用自然要素作为缓冲,缺乏足够宽度的生态分隔绿带,绿地对控制城市蔓延的作用不明显,规划的各新城片区与老城区连成一片,边界模糊。由于缺乏严格的控制,沿湖和沿山的部分生态空间逐渐被蚕食,城市建成区连绵成片,连绵的形态不仅使各片区形象模糊,而且还会形成城市热岛效应。规划建议根据无锡水网密布的特点,结合蓝道、营造绿网,使无锡市的水网全部“活”起来。各功能片区逐步建设景观走廊、生态走廊,功能区外围进行带状绿化,构筑各功能区发展边界,控制城市蔓延。同时对被破坏的山体进行生态修复,沿太湖设置不少于1000米的控制区域,区内严禁中高强度的城市开发,在高速公路、铁路两侧各留出80-100m的空间作为林带,公路立交地段应建设成为森林岛屿。
3.2 完善各片区局部集成核用地功能,打造城市特色道路
6丨无锡新版总规全局集成度空间句法轴线图
针对新版规划路网存在中心性偏弱的问题,建议细化局部集成核的用地功能,结合未来轨道站点的建设以及国内外新城建设的经验和低碳城市建设的要求,建立TOD城市发展模式,在中心区提倡土地混合利用,高密度集聚式发展,以形成倍增效应4。完善现行规划忽视的非机动化交通系统的建设,打造城市特色道路,对道路横断面、界面、道路设施和道路绿化进行景观设计,规划形成城市核心特色道路、城市轴线特色道路、廊道特色道路、滨河特色道路。
3.3 多因素层次分析,量化控制三维空间形态
为控制城市空间结构三维形态,在无锡总体城市设计课题研究中选用了高度和开敞度5两项可量化指标。在确定对街区高度与开敞度具有影响力的具体要素及其影响力大小的时候,贯彻整体优先,生态优先,自然特色优先。研究利用GIS空间分析能力,将各个因子的影响力权重进行叠加,生成高度与开敞度控制模型,并最终形成两者相叠加的综合模型(图8)。从模型中可以看出,无锡的老城中心仍然是高度最高的地区,这与空间句法分析认为城市整体发展重心南移并不矛盾。空间句法研究的句法值重心的移动仅针对路网结构变动的逻辑解释,而土地开发还要受到生态、历史、经济、政策等因素的综合影响,因此在空间句法应用中,应注意研究的适用范围。模型中开敞度主要与无锡城市的生态系统相关,沿山、沿湖、沿河地区地块的开敞度较高,城市内部开放空间的分布主要集中在一些重要廊道两边,起着控制各功能片区边界的作用。
3.4 规划形成综合交通系统,重视慢行交通设施的建设
构建以“主辅两环+八射”的城市快速路网为主骨架,主、次干路为次骨架,稠密支路网为集散支撑体系的道路交通网络。同时市区形成由5条轨道线路组成的“环放”轨道网,缓解主城区交通压力。重视慢行交通设施的建设,规划连接住宅区与轨道交通车站的人行道和自行车道,新城中心轨道交通车站可与市民广场连接在一起,广场禁止小汽车进入。此外政府还应采取一系列辅助政策,包括限制小汽车停放等,使公共交通具有明显的费用优势,适度限制小汽车的出行,贯彻低碳城市建设的理念。
7丨无锡新版总规局部集成度空间句法轴线图
4.结语
本文运用空间句法的集成度和智能度两个关键变量研究城市空间结构演替的内在逻辑,有如下几点结论:
(1)空间句法集成核不能机械等同于城市中心
空间句法是基于网络的组构逻辑来量化空间轴线句法值,集成核是理想状态下的拓扑核心,其中心性是针对整个网络结构而言的,城市中心不仅具有网络结构的逻辑理性,其形成还受到自然地形、历史、生态、经济等多因素的综合影响。从城市结构历史演替句法分析可以发现,在城市规模较小的情况下,句法值较高的轴线与城市中心基本重叠;当城市快速扩张,城市结构处于急遽调整中时,集成核与实际城市中心往往有一定程度的空间偏离,如前所述这并不影响空间句法研究的理论意义。新时期,城市规划研究的工具愈加丰富,值得注意的是任何一种工具都只是我们从某一角度认知城市的手段,在实际应用中应辩证看待研究结论,考虑其理论前提和限制范围。
(2)将生态空间的保护融入城市组团的边界控制
在很多城市规划文本包括无锡总体规划中提到的新城,都是城市扩张的组团。与西方的新城建设从结构上控制城市形态规模不同,国内规划建设的城市组团在空间上紧邻老城,功能上依附老城,新老城区极易连成一片。由于我国仍处于高速城市化期,新老城区的乘数效应进一步加剧了在这一地区的人口与产业集聚,城市交通和环境压力与日俱增。随着对城市生态保护的日益重视,在城市空间规划中应尽可能利用城市的自然生态要素,如城市水系、山脉、林地等规划完整的城市生态系统,以城市生态廊道,生态斑块的边界严格控制城市组团的发展,营造“城在绿中,绿在城中”优美的空间环境。
(3)综合运用多种技术手段,研究结论应与规划控制相衔接
城市结构具有形态的可辨识性、动态性、逻辑理性,因此在研究中应综合运用多种技术手段如空间句法、GIS平台等,将对城市结构的认识量化,并转化成可操作的规划手段。理论研究和实际应用是一个双向互动、完善的过程。在本轮的研究中,首先通过空间句法论证城市规划结构的逻辑理性,对空间布局和路网结构提出调整建议,考虑到空间形态的规划可控性,选用了高度、开敞度控制两个指标,采取多因素层次分析法,模拟建构空间形态的引导模型,最终形成可操作控制的规划导则。
8丨无锡空间形态引导模型图
资料来源:图8来自东南大学建筑学院无锡总体城市设计课题组共同研究成果,其余均为自绘。
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城市空间结构布局优化研究 篇10
城市是依一定的生产方式和生活方式把一定地域组织起来的居民点,是该地域或更大腹地的经济、政治和文化生活中心。是人类便于进行商业、行政、文化、政治及宗教等活动而形成的聚居地。同乡村相比,城市在所提供的设施、服务、信息,乃至就业机会等方面就具有无可比拟的优越性,因此,人们报着对更美好生活的向往不断的涌入城市。
城市空间是城市特性和特征的物质表现,它是城市中最易识别、最易记忆的部分,是城市特色的魅力所在。城市建筑空间包括实空间和虚空间。实空间是指建筑物等城市实体;虚空间是指建筑物等城市实体之间的外部空间,它们是露天的、连续的、可流动的,应该也是充满阳光的、富有活力的,是人们交往交际的主要场所。城市的空间结构取决于人们在较短时间(通常为当日)内的出行距离和活动范围,而出行距离又取决于城市交通。因此,城市交通的发展是改变城市空间结构和土地利用形态的重要因素。
一个优化美好的城市空间应该包括以下三个基本要求:首先必须是功能协调、适合人居、可持续发展的;在功能协调的基础上,城市还应寻求自己的独特个性,当城市具有独特的个性魅力时,就容易吸引人流,从而聚集物流、资金流乃至信息流;城市不是一幅画,城市空间是都市生活的容器,城市空间规划设计的最终目标是包容一个富有活力的美好社会。
一、城市空间结构的内涵
城市空间结构是城市要素在空间范围内的分布和联结状态,是城市经济结构、社会结构的空间投影,是城市社会经济存在和发展的空间形式。城市空间结构一般表现在城市密度、城市布局和城市形态三种形式。本文主要研究了城市交通对城市空间结构布局的影响及优化。城市布局是指城市地域的结构和层次,城市内部各种功能用地的比例。构成城市的各要素不但表现为一定的数量,而且在城市发展过程中,总是按照经济活动对区位发展的特殊要求,具体地分布在城市空间的某一位置上,并根据经济活动的特点,形成多层次、多方位的组合关系,及其相应的物质外貌的地域分异。交通对城市空间结构的影响主要表现在可达性上。城市土地价格和土地利用方式决定了城市空间结构布局类型,因此,交通在城市空间结构的形成和变革中发挥着举足轻重的作用;交通的现状决定了城市的空间形态和区位价值;反过来,城市空间结构的变化又进一步影响着交通的作用范围与强度,由此形成一个交通与城市空间结构相互影响的循环机制。随着交通运输条件的改善,不断的改善各自的结构形态和相互位置关系,并通过用地形态决定着城市空间结构的演化过程和演化特征。
二、城市交通的发展对城市空间结构布局优化影响
城市交通是连接城市内家庭、企业和政府的纽带。城市空间结构决定了城市交通需求量和城市交通的结构及城市交通基础设施应达到的建设水平和服务水平;反过来,城市交通系统实际的供给能力,又影响和制约着城市空间结构。
1. 城市交通影响城市空间结构布局优化的特征。
城市交通对城市空间结构的影响主要通过交通便捷性来表现。它表明城市运输网络提供该处发展的机会,并通过不同地段的交通布局和整个城市交通的发展所产生的交通便捷性差异,影响企业和消费者的选址。
(1)在运输作业中,大量的成本组成部分是固定的,因此,线路运输量,站场作业量和运输设备以及发货量具有规模经济的特点。把区位选在大运输站场附近,由于众多相同和不同运输方式竞争加剧,结果,任一运输机构服务质量和价格的变化都会引起需求的剧烈反应。厂商和居民在交通站场附近可以节约交易成本和信息成本,因此交通站场成为城市吸引人流和物流的中心。(2)交通运输总是沿着一定线路进行服务的,沿交通线附近选址,可以带来交通运输成本的节约。因此,城市用地的扩展总是从交通沿线向外部延伸,交通线路、尤其是大多数产品和原料的主要运输路线成为城市发展轴,而用地的扩展过程又会进一步加强线路网的改造。(3)交通线路的汇聚点由于其交通的便捷性而吸引众多的人流和物流,成为城市不同级别的节点的所在地。这样,由线路网布局造成城市不同地段聚集效应的差别,影响到企业和消费者的选址,并最终构成城市空间的基本框架。
2. 城市交通改善对城市空间布局优化的影响。
(1)城市地域扩展的主要障碍之一是交通成本。不同交通方式下城市地域的空间范围受到不同的限制。公共交通政策要求城市的道路上有足够多的的公交站点。尤其是在居住区和商业中心周围,但是由于其速度的局限性,人们只能生活在离城市比较近的地方。大容量轨道交通是通过建立地铁和轻轨来满足城市的交通需求。城市轨道交通具有快捷、安全、大容量等特点,不仅能及时疏解大量密集人群,而且由于其对沿线区域的可达性的大大提高,对居民产生巨大的吸引力,可以诱导人们远离市中心居住,从而促进城市结构的改变。而城市的空间结构对前期轨道交通的修建有很大的影响。(2)交通的改善,区位单位之间的联系成本大为降低,使生产、消费、居住区位发生了深刻的变化。交通条件改善后,交通运输费用在生产成本中的比例大大降低,厂商和居民对市中心的依赖性降低。(3)运输成本的急剧下降,各行各业可以摆脱交通因素的限制,尤其是零售业不必实现每个区位自给。在廉价运输下,消费者不论距离商业中心多远,都可以较方便地获得货物和服务。结果,廉价运输总是提高商业中心的等级,使商业中心结构呈现个数少、规模大、相距遥远的特点。
三、利用城市交通对城市空间结构布局优化
博弈之道,在于布阵。优良的布局可以缩短人、物、资金、能源、信息的流动时间和距离,提高经济效益。任何城市土地都有潜在的用途,但不同的厂商和居民使用同一土地的产出是不同的。城市布局的优化应该将潜在的区位收益转化为现实的城市经济效益。受特殊的城市历史和环境条件限制,中国中心城土地空间资源严重短缺,加之旧城风貌保护的严格要求,城市空间结构调整难度更大。为了解决城市的交通问题,在交通堵塞的情况下,许多城市选择了拓宽道路,增加道路面积的办法。拓宽道路、增加道路面积固然能够增加路段上的通行能力,却同时增加了交叉口的负担。中国中心城道路网的密度、面积率与国外同类城市有相当大的差距,在功能级配结构上也存在明显的先天性缺陷:环路之间快速联络通道建设滞后;主干道系统空间布局不均衡,贯通市区的城市主干道不足;次干道、支路严重短缺;道路交叉口通行能力低,制约路网整体效能的正常发挥,严重损害了路网系统的整体性,交通组织困难。
应以现代先进水平的交通设施为基础,构建以公共运输为主导的综合交通运输体系;以信息化与法制化为依托,提供安全、高效、便捷、舒适和环保的交通服务;城市交通建设与历史文化名城风貌和自然生态环境相协调,引导、支持城市空间结构与功能布局优化调整,实现城市的可持续发展。坚持城市交通基础设施适度超前、优先发展,充分发挥交通建设对城市空间结构调整的引导和支持作用。实施新的城市空间发展战略要以交通建设为先导,与城市交通发展战略相协调。严格控制中心城建设规模。旧城区实施“整体保护,有机更新”策略,严格控制建设总量;中心城建成区重点进行环境整治和基础设施改善,不再进行高强度开发;集中力量建设新城,优化调整城市功能布局,完善新城功能结构,引导中心城的就业岗位和人口向新城转移;为支持城市空间结构及功能布局调整,抓紧构建新城内部交通网络体系,为新城建设提供交通支持。
结论
城市交通与城市空间结构布局具有紧密的相互联系,良好的城市交通促进城市空间结构布局的发展,同时良好的城市空间结构布局又反过来促进城市交通的发展状况。面对目前中国城市的交通问题,城市空间结构布局的优化是改善中心城交通的治本之策,虽然空间结构的优化是一个长期的渐进过程,但是可以从根本上缓解中心城交通紧张状况。
摘要：分析了城市交通的发展影响城市空间结构布局优化的特征和城市交通对城市空间结构布局优化的影响,并应用城市交通对城市空间结构布局进行优化,希望通过城市空间结构优化解决城市交通问题。
关键词：城市交通,城市空间结构,布局优化
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空间结构优化与武陵山区开发 篇11
[关键词] 优化;空间结构;武陵山区
[作者简介]毛 新(1973—),男,吉首大学商学院讲师,硕士｡(湖南吉首 416000)
文章所叙武陵山区主要包括湖南省怀化市､湘西土家族苗族自治州､张家界市,湖北省恩施土家族苗族自治州,原重庆黔江开发区所辖区县,贵州省铜仁地区､黔东南苗族自治州,共计4省(市),7个地(州､市),62个县(市､区),区域总面积约14.3万平方公里,常住人口已过2300万｡该区域是40多个少数民族聚居的山区,曾划入全国十八个连片贫困区之一｡
一､武陵山区区域空间结构现状
(一)经济发展现状
以人均GDP为例:
从表1中可以看出,武陵山区人均GDP大大低于全国平均水平,也大大低于所在省市水平｡如以人均GDP相对最高的张家界市与全国平均水平相比,只相当于全国人均GDP的54%,而人均GDP相对最低的铜仁地区,只相当于全国人均GDP约23%｡而与所在省市相比,最高为张家界市,人均GDP为湖南省人均GDP的73%,最低为恩施州,为湖北省人均GDP的41%｡
(二)武陵山区产业结构现状
从表2可以看出,武陵山区的产业结构经过各地多年的发展和调整,虽逐渐趋于合理,但与全国或本省市的平均水平相比,农业比重仍然过高,如恩施､铜仁农业比重甚至接近全国平均比例的3倍左右,而工业比重则明显低于全国或本省市水平｡
从各地选定的支柱产业情况看,首先,各地支柱产业仍然是以传统的烟草､能源､建材等初级产品产业为主,大部分仍属于工业化初期的产业｡其次,武陵山区产业结构严重趋同,这对规模经济､合理竞争以及形成地区竞争力是有负面影响的｡
(三)武陵山区基础设施现状
需要说明一下,表5中的固定资产投资占GDP的比例项是用来间接表征各地基础设施投入比例的｡从以上各组数据可以看出,有些地区基础设施投入比例甚至大大高于全国平均水平,有些指标各地已相差不大｡交通基础设施状况也已大大改善,逐步形成了几乎能覆盖全区域内的立体交通网络｡
但我们也应看到,由于恶劣的自然地理区位环境(主要是险峻的山地环境)以及历史的经济基础也增加了山区建设的难度和复杂性,特别是相比与东中部沿海､平原地带,山区基础设施方面的某些指标(见表5)既低于本省市也低于全国平均水平｡再看看已投入或在建的基础设施工程,仍然未能很好地满足经济建设的需要,如山区内仍有一些县镇属于铁路盲区､高速路盲区甚至国道盲区,其与外界的经济交流必然受限｡另外,本地区其他类基础设施在量和质上仍有待提高其覆盖面及运载能力｡
(四)武陵山区城镇空间分布现状
改革开放以来,武陵山区城镇布局已经有了极大的改观,但从总体来看,该地区的各级城市规模都偏小,除怀化市已进入中等城市行列以外,其余均为小城市｡
由表6,我们可以计算武陵山区城市首位度=首位城市(怀化)人口/第二位城市(凯里)人口≈1.35,城市四位指数=首位城市(怀化)人口/第二至第四位城市人口(凯里 恩施 张家界 吉首)≈0.37｡可见不论是首位度,还是城市四位指数都很低,说明该地区无领导地位的中心城市,即不太可能有哪个城市对该地区的经济具有较大的吸引力和辐射作用,因而现阶段武陵山区呈现多核心的空间结构｡
再从铁路交通图上总览一下武陵山区,如果包括在建的宜万铁路,武陵山区的大部分城镇特别是全部区域中心城市(下图带下划线的城市)都是位于铁路干线上,形成三横(宜万､渝怀､湘黔)一纵(枝柳)“彐”字形空间布局｡当然在2008年内,撇开在建的宜万铁路,除恩施外,各区域中心城市呈二横一纵布局或称之为“大”字形结构｡
(五)武陵山区城乡二元结构现状
从表7中可以看出,山区各地城镇居民人均可支配收入与农村居民人均纯收入之比明显高于全国平均水平,也基本上高于相应省市平均水平,再从各地2006年统计资料关于城镇居民和农村居民消费结构来看,对于耐用消费品而言,城镇居民消费明显趋向高档化､智能化,如对家用汽车､家庭电脑的消费,而这些对农村居民的统计数据中还未显著地显示出来｡另外,从各地的城市化水平来看,武陵山区各地的城镇化率全面､大幅度地低于相应省市和全国平均水平｡
(六)区域内经济联系(或空间相互作用)
武陵山区各地州市间或各地州市内经济联系微弱,中心城市对区域经济的极化和扩散作用还远未发挥出来｡严格说来,甚至连中心城市的强烈极化阶段都还未达到｡
这里我们以空间相互作用的最简单形式的引力模型来分析和对比武陵山区区域内与区域间相互作用强度,以此来大致说明武陵山区内部的经济联系程度｡我们用Fij表示i､j两个城市间的相互作用,其引力模型采用,其中Pi､Pj分别表示i､j两城的非农业人口,Rij为i､j两城间的距离,这里我们统一用i､j两城的直线距离,其值由地图按比例测得｡我们用以对比分析的城市为怀化(h)､洪江(j)､吉首(s)､恩施(e)､利川(l)､长沙(c)､株洲(z)｡主要测定怀化—吉首､怀化—洪江､恩施—利川､长沙—株洲四组相互作用强度｡因怀化､吉首在武陵山区中相距最近,这样得到的结果具有代表性,很容易用之来推断山区其他中心城市间的相互作用,而怀化与洪江,恩施与利川现属同一地州市内的城市,可用以说明地州市内部的经济联系程度,长沙､株洲则为对比区域｡由于数据获取的问题及为了保证结果的可比性,这几个城市的非农业人口采用2004年的统计数据,怀化:227550人､洪江:126552人､吉首:12850人､恩施:169923人､利川:108525人､长沙:1686670人､株洲:591619人｡相互间的距离为地图按比例测得的直线距离:Rhj≈72km､Rhs≈180km､Rel≈120km､Rez≈90km｡将这些数据代入引力公式可得:
可见,相对于长沙与株洲之间的空间相互作用来说,怀化与吉首､怀化与洪江､恩施与利川间的相互作用是微乎其微的,这与我们平时能观察到的和了解到的基本一致｡这里由于采用的是最简约形式的引力模型,实际上长沙､株洲间的相互作用还存在被低估的可能,所以以上的计算结果还应更小｡这些足以说明在武陵山区内,各地州市不论是内部或是相互间的经济联系是相当微弱的,其实长株潭都远未达到经济一体化程度,那么可以想见武陵山区经济发展的道路更应该是漫长的｡
二､武陵山区区域空间结构类型
武陵山区处于典型的过境地理位置上,其地域空间结构类型属于典型的“过境地域”(陈才2001),具有如下特点:
一是多核心地域｡我们已经知道,武陵山区城市首位度､四位指数均较低,充分说明了该区域无突出地位的中心城市,处于多核的空间结构｡尽管怀化鉴于自己的交通区位优势有条件也正在积极争取成为武陵山区的中心城市,但我们也应看到,该地区的其它区域性城市也各有自己的特色和分工,也都在努力打造以部分经济职能为中心的城市｡我们通过前面的计算,也了解到不论是怀化还是其它区域性中心城市,其跨区域的经济联系都非常微弱,也即对山区内其它市县的吸引､扩散作用微弱,还远未达到强烈的极化阶段,因此,现实的城镇空间组合格局必然是多核结构｡
二是外围地域内容分布松散｡外围地域早期主要受山区地形､地貌等自然条件影响,依山傍水形成不规则的布点｡现在来说,更多的是受生产力的发展水平､自然条件､交通网络､核心城市､行政区划等因素影响｡由于武陵山区经济发展水平长期低下且程度不一,交通网络不发达且密度低又分散,地域又是一个多核结构,山区内经济联系又很微弱,这就决定了外围地域内容分布的松散和不规则｡
三是“彐”字形网络结构｡由于山区处于过境区位,其交通网络系统必然呈明显的纵向､横向延伸的过境特点｡武陵山区的铁路交通干线呈三横(宜万､渝怀､湘黔)一纵(枝柳)空间布局,即“彐”字形结构｡当然,在2008年内,由于宜万铁路还不可能完工交付使用,其网络系统为二横一纵“大”字形结构｡以怀化为中心来看整个网络系统,又主要呈现出放射状结构｡但不管怎么说,其网络呈明显的纵横过境特点｡
三､武陵山区区域空间结构优化
(一)武陵山区区域开发模式──“彐”字形点轴发展模式
由于集聚经济和规模经济,加之武陵山区区域内经济发展水平低下且具有较大的一致性,结合考察各种区域发展模式,笔者认为点轴发展模式较为适宜｡这里的点是山区内各级中心城市,它们是各级区域的集聚点和增长极｡在现阶段,通过前面的分析我们知道,各级中心城市的中心地位还不是很突出,所以应特别将它们作为区域开发的重点｡这里的轴是指山区内经济设施特别是线状基础设施在一定方向上联结各级城镇而形成的相对聚焦的人口和产业带,在现阶段应特别强调铁路交通干线沿线地带｡根据山区现阶段经济发展水平,笔者判断武陵山区的“点—轴”空间结构系统处于形成阶段,区域开发开始起步｡总之,武陵山区的点轴发展模式现阶段应是重点以铁路交通干线为轴线,沿线重点培育各级中心城镇作为经济增长极｡至于以后,当然是随着经济发展水平不断提高,点轴系统全面延伸,逐渐形成由点､线及面,由面再形成网络的更高级发展格局｡
具体来说,武陵山区的区域发展模式应以宜万､渝怀､湘黔三横,枝柳一纵“彐”字形铁路干线为轴线,以沿线的各级中心城镇为点,科学规划,合理开发,带动区域经济全面发展｡努力利用怀化作为全区交通枢纽的优势,增大其城市规模及对整个山区的吸引及辐射作用,培育其龙头地位｡而区内的张家界､吉首､恩施､黔江､铜仁､凯里次级中心城市,则应立足于自身特有的有利条件,扩大城市规模,加大对本区域内或周边的吸引及辐射作用｡而沿线各级县级城镇也应通过不断扩容提质,利用优势资源,优化经济结构,加大对城镇周边及邻近地域的吸引及辐射作用｡这样,以这种点轴互动模式,不断地加大山区内人流､物质流､能源流､资金流､技术流､信息流､文化流等要素流的地域运动,通过合理的集聚和组合,不断地产生新的生产力,推动区域经济向前发展｡当然,这里要说明的是,对于不是铁路沿线的城镇,不能等到铁路沿线的城镇发展起来以后再被动地去接受其辐射作用,这样只可能加大区域内的差距,只可能使自己陷入更加落后的恶性因果循环当中｡对于这些城镇,应充分利用其它的经济轴线如国道线､省道线､江河干线､通讯设施干线等,结合自身的优势资源,合理分工,不断加强与铁路轴线吸引范围区域的接触与联系,逐步将自己融入更大范围的经济合作圈中,以此来推动本区域的发展｡
(二)培育区域增长极
1､加强区域中心城市建设
首先,应努力打造怀化作为区域首位中心城市的龙头地位,加快发展,使之成为武陵山区区域发展的最大极核,与其它区域性中心城市相互配合､良性互动｡怀化是区内最大的交通枢纽也是国内重要的交通枢纽,湘黔､枝柳､渝怀铁路呈“大”字型交汇于此,境内又有209､319､320国道,上瑞､常吉高速通过,国家级光缆在市区交汇,芷江机场全线开通,不论是区位条件还是交通条件在武陵山区都是最好的,它也是目前武陵山区唯一的中等城市｡这一切决定了怀化市有条件也有能力发展成为山区的交通枢纽中心､商贸物流中心､金融信息中心,力争在“十一五”期间或更长一点时间内,将怀化发展成50万人以上的大城市｡
而对于区域内其它的区域中心城市张家界､吉首､恩施､黔江区､铜仁､凯里来说,则应立足优势,突出特色,合理分工,紧密协作,争取在“十一五”期间均能跨入中等城市行列｡张家界作为国际旅游城市,应突出其旅游中心城市的特色;吉首作为湘西自治州的首府,边贸经济发达,科技教育实力雄厚,则应努力打造为武陵山区物资集散中心､边贸中心､科教中心;恩施则应突出其绿色产业加工中心,辐射整个鄂西乃至武陵山区;黔江区要依托背靠重庆的独有优势,在接受重庆市区强大辐射的同时,要努力带动渝东南及周边地区发展;铜仁则应依托渝怀铁路等基础设施的建设,打造湘鄂渝黔四省边区的物流集散地和商贸中心;凯里市紧挨贵阳,交通便利,扩大其经济影响,使之成为武陵山区西南端的区域性中心城市｡
2､发展区域县级城镇
在加强中心城市建设的同时,应加强区域县级城镇的发展,使之成为能够很好接受中心城市辐射,同时又能带动广大乡镇､农村经济发展的次级增长极｡它主要是指怀化的洪江市､中方县､辰溪县､沅陵县､溆浦县､麻阳县､会同县､靖州县､通道县､芷江县､新晃县;张家界的慈利县､桑植县;湘西自治州的泸溪县､凤凰县､古丈县､花垣县､保靖县､永顺县､龙山县;恩施自治州的利川市､建始县､巴东县､宣恩县､咸丰县､鹤峰县､来凤县;原黔江开发区的石柱县､秀山县､酉阳县､彭水县;铜仁地区的万山特区､江口县､玉屏县､石阡县､思南县､印江县､德江县､沿河县､松桃县;黔东南自治州的黄平县､施秉县､三穗县､镇远县､岑巩县､天柱县､锦屏县､剑河县､沿江县､黎平县､榕江县､从江县､雷山县､麻江县､丹寨县｡主要措施应该是发展特色产业,带动相关产业,在城镇扩容提质的基础上,推动县域经济发展｡
3､做大区域小城镇(乡镇)
发展小城镇就是要大力发展､积极引导乡镇企业的发展,立足资源特色优势,发展特色型､资源型､节约型､清洁型产业,促进第三产业的发展,引导非农产业及农民向城镇集聚,推进城镇化进程｡
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[责任编辑:尧水根]
某异型空间钢结构设计 篇12
关键词：异型钢结构,圆管节点,格栅,伞状格构柱
1 工程概况
本工程位于安徽省合肥市某工业园区内, 用途为园区展厅, 平面大约500 m2, 建成后将成为园区内的一个精致的亮点。图1为整体效果图, 建筑为两层, 总高度最高点为15.550 m, 1层层高6.750 m, 在±0.000以下。±0.000以下及周边部分为园区地下停车库, 此展厅原本设计为混凝土结构, 同地下停车库整体设计计算。由于建筑造型复杂, 多方讨论混凝土结构会给施工及后期装修造成很大的困难, 业主改为全钢结构, 柱脚设置在混凝土顶板之上, 上部结构单独计算。工程设防类别为丙类, 设防烈度为7度, 基本地震加速度为0.10g, 结构使用年限为50年, 安全等级为二级。
2 结构体系
结构形式为空间钢框架体系, 主要构件为圆钢管和H型钢。屋面局部为轻钢屋面, 东北侧悬挑展厅处为玻璃屋面。结构设计的难点在于整个建筑造型比较复杂, 东北侧有5 m多的悬挑玻璃展厅, 整个西侧门厅梁跨度近20 m, 建筑师不希望展厅内部有冗余的节点, 并且要求整个玻璃展厅必须是统一的圆管截面。由于屋面标高变化较多, 且部分屋面不相连, 因此不能简单的套以规范各种指标参数, 模型也不能以简单的“层”的概念去套用。采用3d3s软件进行整体空间计算及构件设计, 由于基础底板厚度有限, 柱脚采用外包式柱脚。结构模型如图2所示。
2.1 荷载取值
±0.000处楼面板厚为120 mm, 附加恒载取2.0 k N/m2, , 活活载取3.5 k N/m2。屋面恒载 (包括吊挂荷载) 取1.0 k N/m2, 活载按不上人屋面活载取为0.5 k N/m2, 基本雪压0.6 k N/m2, 基本风压0.35 k N/m2。由于异型板比较多, 因此重力荷载施加根据计算施加在主次梁上, 避免了软件自动进行板面导荷载带来的不准确, 横向风荷载依照实际幕墙支撑情况, 主要施加在柱子上, 对于一些跨度较大的梁, 幕墙有支撑设置处, 则施加相应的横向风荷载。
2.2 节点设计
由于管结构一般更适合作为轴心受力构件, 抗弯性能不如型钢, 因此不适合作为梁, 东北处玻璃展厅的悬挑, 要求截面必须是钢管截面, 在此采用了两个设计原则, 第一:增加斜拉杆, 使悬挑展厅的重力荷载尽量通过斜拉杆以轴力的方式传至柱子上, 第二:圆管梁贯通, 柱子作为悬挑梁的支点, 且此梁柱节点壁需要加厚, 如图3所示。这样做使得节点刚度加强, 用以抵抗大悬挑产生的端部弯矩。圆管梁柱的连接为相贯焊接, 理想模型为半刚接, 对于半刚接, 目前规范没有清晰的界定, 也没有很好的计算方法。因此在建模计算时将节点分别定义为刚接及铰接连接, 取包络设计, 节点仍然需要同图3一样加强。
梁柱节点采用传统的外环式节点 (如图4所示) , 规范要求0.25≤B/D≤0.75, 且B≥0.7bf, bf是被连接钢梁的翼缘宽度, 外环板外伸部分与环板相接部分必须做成r≥10 mm的圆弧过渡, 以减小应力集中。为了满足与幕墙的连接美观, 建筑要求角部及平面转换处不得采用外环板加强节点。而角柱和边柱一般都承受较大的弯矩, 所以此节点必须采取很好的加强措施, 考虑到柱截面400 mm较小, 设置内环板会给施工带来困难, 因此采用增设加劲板的加强方式 (如图5所示) , 加劲板厚度同环板厚度一致, 且加劲板需要设置一定的长度L, L长度以其沿线对齐倒角边为宜 (图5虚线) , 这样加强后的节点可以保证将梁端的不平衡弯矩传至柱壁上。
本工程外装饰为幕墙, 幕墙结构所有的横向风荷载都要传到主结构上, 因此横向风荷载是主体结构的主要控制荷载, 较为理想的设计方法是将所有幕墙传来的风荷载传至结构柱, 以柱为抵抗横向荷载的主要构件。本工程由于建筑外形复杂, 幕墙与屋面梁有较多连接, 而梁承受面外横向荷载无法由可靠连接实现, 因此需要采取加强措施。对于本工程, 如图6所示屋面1, 钢梁跨度约20 m, 单靠钢梁平面外抗弯无法抵抗横向风荷载, 因此利用撑杆, 将内外侧梁联系起来, 成为一个类似空腹桁架的结构, 用于抵抗幕墙构件传至梁上的风荷载, 屋面2在立面上呈现为30°坡屋面, 采用H型钢作为次梁, 次梁承受屋面重力荷载的同时, 也与主梁共同工作, 形成空腹桁架, 参与抵抗幕墙传至主梁上的风荷载。
3 格栅设计
为了增加建筑的整体效果, 周边设置格栅以作为园区的休闲区, 格栅是镂空的, 整体只承受自身的重力荷载以及很小的风荷载, 从结构计算的角度, 镂空格栅的计算非常简单, 只要整体建模计算, 分析主次梁的主从关系, 对于悬挑端的挠度进行控制即可。然而在施工图的绘制过程中, 发现具体的节点如果只按照普通管截面的连接节点设计 (相贯焊接) 很难满足结构模型中的假定。因此格栅节点设计是本项目的另外一个难点, 建筑师要求支撑格栅的柱子是由四根小直径钢柱拼成, 顶部四根钢柱伞状打开, 作为格栅的支撑。为了使建筑廊道比较清爽, 建筑师只允许在较少的地方设置钢柱 (平面如图7所示) , 这使得屋面钢梁有大的悬挑, 最大悬挑处为7 m多, 而且大都是X向次梁以Y向主梁为支座进行悬挑, 且建筑师要求Y向的主梁比X向的主梁截面小, X向截面为方钢管400×200×12×12, Y向截面为方钢管800×200×6×6。钢柱为四根直径为166、壁厚为10的圆管拼成。圆管柱与梁的连接, 考虑到柱截面相对比较小, 为了使梁荷载均匀的传到柱壁上, 采用加劲肋加强节点 (如图8所示) , 在柱顶的方钢管内衬加劲板, 这样做避免了方钢管管壁承受圆管柱的反力过大而使管壁发生鼓曲。同时对四个圆管支柱也设置加劲肋, 具体做法是, 在四肢圆管柱上预开槽口, 将加劲板插入槽口焊接, 使之成为一个单元 (单元1) , 然后将此柱单元在现场与梁连接。
4 结语
本工程为全钢结构, 体型变化较多, 平面竖向均有不规则, 中庭为局部大开洞, 因此必须采用空间整体建模计算分析。由于体型的复杂, 传统的梁柱连接节点不能较好的适用于本工程, 分析设计时考虑到理想节点与实际节点制作的差异, 着重对异型节点进行了研究分析, 设计出了适用于异型结构, 圆管结构连接的节点, 并且对局部容易出现破坏的节点进行了有效的加强。对于横向风荷载作用在梁上的情况, 采用了增设支撑共同作用的方式, 避免梁平面外破坏。设计了园区格栅构件连接, 对于伞状格构柱与方钢管连接进行了分析设计, 重点考虑到方便钢结构施工, 对此类建筑构件的设计有相应的参考意义。
参考文献
[1]GB 50011—2010, 抗震设计规范[S].
[2]GB 50017—2003, 钢结构设计规范[S].