摘要：现代社会活动日益多样化，生活需求不断发展，对建筑空间提出了新的要求，也对传统建筑结构发起了挑战。文章对四种现代新型建筑结构的相关内分别进行论述，进而了解这些结构各自的构成方式、受力特点以及适用的空间形态。
关键词：建筑结构；现代建筑；空间
1.概述
近年来，人们的生活水平不断提高，工业生产、体育文化等各项事业不断发展，世界各地建造了许多大型体育场馆、飞机场、展览厅等。它们采用各种建筑空间结构，呈现出美丽的造型，极大地提高了高性能大跨度空间结构的社会需求。
目前，建筑空间结构正朝着轻质化和大跨度的方向发展，这就要求我们必须想办法减轻结构的重量。降低结构自重的方法可以从材料及结构形式两方面入手考虑，则出现了多种采用轻质高强新型材料以及受力更为合理的建筑结构形式。
2.现代建筑结构类别
2.1张拉整体结构
张拉整体结构是由一组不连续受压构件和一组连续张拉单元组成的自支撑、自应力的空间网架结构。[1]张拉整体结构是降低结构自重的较理想的结构体系，符合连续拉和间断压这一自然存在的受力规律，最大限度地发挥了杆件自身的优势特性，实现了使用较少钢材完成较大跨度空间的目的。这种结构以三棱柱的单元结构为基础，由三根以上压杆和九根以上拉索组成，其组合方式使压杆在连续的拉索中被严格分开，同时拉索又通过预应力将它们相互连接，做到像互承结构一样稳定，大大减少了结构中的受压状态，也就减少了屈曲的现象。
张拉整体结构因其自重小而可实现大跨度，常会用于例如各种场馆的穹顶这样需要创造大空间的建筑结构设计中。在张拉整体结构的基本概念之下，还产生了弦支穹顶这一更加高效的结构体系。索穹顶平面为圆形，它在索穹顶的单层网壳穹顶基础之上再加上弦支体系，增强了稳定性和结构刚度，因此可以将跨度做得更大。在形式表达方面，张拉整体结构都是由基本单元组合起来的，这些单元可以是柱形、截棱锥形或是各种多面体形。张拉整体索穹顶也具有两种形式，一个是三角划分，一个是经纬划分。像韩国体操馆的穹顶采用肋环形划分，外观上形成单个曲抛物面，乔治亚穹顶由三角形索网和撑杆组成，形成了以双曲抛物面为基本单元的新型索穹顶结构。
2.2膜结构
膜结构是劲性结构向柔性结构的转变，它采用多种高强度薄膜材料和辅助结构（常见的有钢索、 钢桁架或钢柱等），并在应力下的控制下形成多种形态，作为覆盖结构或建筑主体，具有足够的刚度以抵御外部荷载作用。
气承式膜结构通过往室内充入气体来达到一定的室内外压强差，从而使得覆盖膜结构受到向上的力，支撑于建筑表面，同时产生的预应力也使得结构具有足够的刚度。整个膜体系的跨中不需要有所支撑，所以可以满足大跨度建筑的需求，实现室内大空间的高度自由。相对而言，充气膜结构是分别对单个膜进行充气，通过室内空压自动调节系统来满足膜结构所需要的内外压力差，可避免跨中的支撑，所以也适用于大型建筑的设计中，实现大型体育场馆的室内化。
张拉式膜结构，膜面为副高斯曲面，呈现自由、流畅、柔美的形态，且造型丰富多样，形成独特建筑形态的可行性很高。但因其受力复杂，施工起来比较困难，所以常用于中小跨度建筑，也会用于大型体育类场馆看台的挑篷结构中。张拉式膜结构起初是在索网结构的基础上发展而来的，索网结构形成的是双曲抛物面。后期进一步发展为无需索网的张拉式膜结构。
索穹顶膜结构克服了充气式膜结构漏气以及张拉整体结构需要一定的支撑而净空受到限制的缺陷，可适合于大跨度的建筑空间结构体系中。
骨架式膜结构是一种由膜与自身封闭且具有一定刚性的骨架相结合，共同组成的一个结构受力体系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆骨架给膜提供一定的曲度，使得膜具有一定的刚度。该结构体系的施工不是很复杂，从小型到超大型跨度的建筑或在公共活动场所、体育设施等方面都可以采用。
膜结构与传统结构相比，在大跨度的结构中膜结构自重更小，且容易实现建筑外表皮丰富的色彩、明亮的灯光、绚丽的夜景、优美的造型，极富时代气息。同时，膜材料自身透光性好，可充分利用自然光照明，减少能源的消耗。此外，它还能够做成可拆卸的结构，便于运输，用于临时性的展厅等。适用范围广，从规模上来看，可小到单人帐篷，也可大到覆盖几十万平米的建筑。
2.3开合结构
开合屋盖结构是一种在很短时间内为满足使用需求，可以做到部分或全部屋盖结构开合或移动的结构形式，它使建筑物在打开和关闭两种状态都可以正常使用。[2]这种结构的原理机制是将一个完整的屋盖根据开合运动的轨迹与针对性需求，分成几个固定部分和几个有规律的可动部分，通过这些有规律构建的移动来实现屋盖的完美开合。
在早期，古罗马竞技场的屋顶就应用了开合结构，在椭圆形的剧场外围装有环形的圈，用亚麻布覆盖其上，用于遮挡直射阳光。遮阳篷的设计基于在场地上空设置索结构的概念，它跨越活动区域上方的天空，在结构网格上铺设一层亚麻布，具有极好的透光性绳索的强度很小，在风力的作用下，由于没有设置固定索，麻绳处于受拉的不稳定状态，屋盖经常出现拍打和波动的现象。[3]另外，当时这种结构驱动开合的方式为手动。
将膜材料与开合结构相结合，出现了薄膜结构的可开闭屋盖。但由于在实际的使用中，常会因风雨天气的影响，薄膜材料在结构出现晃动的过程中而被破坏。因此这种以采用膜材料的开合屋盖结构通常只能用于一些小型简单的建筑中。膜褶皱形式的开合屋盖结构有两种形式，一种是索膜褶皱开合结构，在开合的过程中，柔性膜屋面沿着索结构向中间汇聚或向四周延展，实现膜的褶皱或张拉；另一种为刚性骨架膜褶皱开合结构，在刚性骨架结构平移或旋转的基础上，做出相对位移，带动膜材料的移动，使其和这些刚性骨架停靠在建筑一侧，而实现屋面的开合。
现代的开合结构采用半刚性的膜屋面，以非褶皱式移动方式开合，通过单元结构的相对位移，例如移动、旋转等运动形式，将单元片叠加起来，实现屋面的开合，克服了薄膜结构的可开闭屋盖褶皱开合方式的缺点，得以用于大跨度的建筑中。
2.4折叠结构
折叠网架结构是一种新型的、可快速搭建和拆除的结构形式。由两根或两根以上的、中部互相铰接、互相可以转动的杆件组成的构件称为剪杆单元，这也是折叠网架结构的基本构件单元。折叠网架结构属于快速折展结构中的一种结构形式，造型新颖，质量轻，携带方便，但因其跨度小，只用于规模较小的建筑空间，如临时营房、临时仓库、移动剧场等等。
自稳定折叠网架结构的构造中应用了锁铰的折叠单元，它在折展的过程中杆件存在变形。但若合理的控制结构折展过程中的内应力，可使结构无需附加其他装置就可具有一定的承载能力。该结构展开方便，但因其杆件抗弯刚度比较小，无法满足大跨度对于外荷载在承受力的需求。
附加支承折叠网架可看作是平面桁架不同方向的组合。组合方式的不同可形成不同的空间形式。在结构展开大的过程中，杆件内部无应力产生，整个结构可看成一个整体系。这种结构其杆件刚度较大，可适用于大跨度空间的构建。
3.结语
在现代建筑空间结构的技术条件下，建筑物的空间形式也不断发展，但总的原则和总体趋势仍然要与现代建筑技术的演变和发展相适应。需要我们充分利用结构形式中有利于建筑审美提升的方面，着眼于空间造型的逻辑感和整体性，以求空间造型与结构技术的发展相适应。
参考文献：
[1]膜结构建筑造型研究[D].郑迅杰.浙江大学硕士学位论文, 2006
[2]现代建筑结构设计的重要性[J].张佩芳.中国科技博览, 2014
[3]大跨度开合屋盖结构特性研究[D].张战廷.西南交通大学硕士学位论文, 2008
论文作者:贾晋悦
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第22期
论文发表时间:2020/4/3
标签：结构论文; 建筑论文; 穹顶论文; 开合论文; 形式论文; 膜结构论文; 空间论文; 《建筑实践》2019年38卷第22期论文;