随着我们国家的经济的发展，某些特定的程度上促进了我国建筑行业的发展，[1]就目前来看，我国大跨度建筑中对于屋顶的设计已经越来越注重其设计理念，通过相关的调查分析，对于开合屋顶的设计时，要保证设计的唯美性；随着大跨度建筑在我国的持续不断的发展，一些富有文化内涵、人文精神的设计已经随处可见，在建筑行业持续不断的发展中开合屋顶的设计将会成为中国开合屋顶发展的主要趋势。

  在时代持续不断的发展中，对于建筑规划设计审美的要求也在逐步的提升，通常来说，建设工程具有一定的逻辑性，在设计的时候，要具有一定的合理性，例如：建筑的功能、建筑的形式和相关的成本方面。在建筑工程中，建筑的设计的是工程建设中重要的组成部分，并且具有一定的独特性；在实际的设计中，相关的工作人员要应该从不同的角度进行设计，例如：美学方面、经济方面、功能方面等，大度跨建筑作为建筑规划设计的发展的主流方向，并且其自身具有强大的功能性，所以，在设计的时候，采用开合屋顶设计，能够有效提升其审美度。

  随着我们正常的生活水平的持续不断的发展，对于建筑物的要求不仅仅局限于建筑的质量，就目前来看，对于建筑的功能性以及建筑的审美也具有一定的要求，大多数表现在大跨度建筑屋顶设计的要求，在实际的设计中，影响大跨度建筑开合屋顶设计的因素主要有以下几点：

  一般来说，一些大跨度建筑都是一些综合性的建筑，并且具有一定的公共性，[2]在这种工程建筑中，主要是通过屋顶来表达其主要的精神内涵，即建筑的设计形式，所以，在实际的设计中，大跨度建筑要拥有非常良好的形象，能够反映出城市的人文环境、城市文化等，

  大跨度建设的目的是为人们提供良好的活动场所，因此，大跨度建筑的设计应该以人为中心，在设计的时候，不仅要保证它的舒适性、安全性，还应该保证建筑规划设计的合理性以及实用性；随着以人为中心的设计理念的提出应用，大跨度建筑开合屋顶在设计的时候，要对其面积和相应的空间位置做合理的安排设计。

  对于大跨度建筑来说，建筑的结构设计是最重要的，在设计的过程中，主要受到相关的文化因素的影响，例如：古罗马的圆形竞技场，主要是受到当时文化的影响，跟着社会的持续不断的发展进步，建筑的结构也在不断的变化中，在现代建筑结构的设计中，不仅体现了其文化还运用了一些相关的技术，例如：力学、美学等；建筑的结构也在不断的变化发展中，例如：穹顶结构、拱券结构、钢架结构等，在不断的应用发展中，建筑屋顶设计朝着多元化方向发展。

  在实际的建筑规划设计中，建筑材料的选择对建筑屋顶的整体效果具有一定的影响，通常来说，材料的选择对于建筑能够准确的表达出其内涵，还能有效的促进建筑功能的使用。在进行建筑材料选择的时候，要对材料自身的质量、重量、强度等进行考虑；对于大跨度建筑的屋顶建筑也要具有一定的要求，在建筑材料选择的时候，能结合多种材料来设计，才能准确的表达出建筑丰富性。

  通过以上描述，开合屋顶的设计要遵循一定的美学理念，它的设计来源主要是将一些抽象的东西进行融合，然后设计美好的作品，在实际的设计中大多数表现在一些几点：

  抽象事物往往是设计人员灵感的来源，跟着社会的持续不断的发展，一些设计都具有一定的抽象性，但是，[3]这些事物的本身都具有一定的特点，所以说大跨度建筑在设计的时候保留是的开合的特点等，并且结合相应的结构，就能达到意想不到的效果，例如：鸟巢的设计

  就具有一定抽象性，同时更看重材料的选用及结构的设计，达到了完美的效果。

  一般来说，在开合屋顶设计的时候，都会产生一定的力作用，这就说明了在建筑规划设计设计中，要具有一定的动作，例如：拉、推等，对于建筑进行不同的作用力，就会产生不同的作用效果，因此，在大跨度开合屋顶设计的时候，我们大家可以将这一些内容设计进去，可以在一定程度上促进开合屋顶设计的实用性。

  上图是美国维斯康星州米勒运动场开启的状态，它所采用的是折叠是的开合设计，具有浓厚的现代感，并且具有较强的实用性。

  在大跨度开合屋顶设计的时候，不仅应该保证其设计的合理性，同时，还要对其进行一定的完善，保证其两功能性，通常来说，在大跨度建筑中，要积极的完善一些相应的配套设备例如：照明、排气、光照效果、防火措施等，在大跨度建筑的设计中，应加强对于其结构及形式的确定，还要保证其功能的使用效果；另外，也能够准确的通过建筑物的功能进行形式结构的确定。

  综上所述，大跨度建筑开合屋顶设计在我国建筑中具体重要意义，就我国目前大跨度建筑开合屋顶的工程建设中占据着主体地位；通常来说，在开合式屋顶建设中，要体精神和美感两个方面，在设计的时候，所采用的灵感可以从一些抽象的、逻辑性的东西中获取，然后在设计完成以后，还应该对其进行完善，保证其效果最大化，并且要遵循真、唯、善、美等原则，这样设计的出来作品才更具时代性，才能促进我国大跨度建筑开合屋顶设计的发展。

  [1]熊祥瑞、何培玲、朱万林等.大跨度建筑开合屋顶形式设计研究[J].建筑技术，2014，（06）：548-550.

  随着科技的持续不断的发展，建筑行业也得到了突破性的发展。就当今世界的建筑业来说，大跨度建筑和高层建筑的发展在某些特定的程度上代表了世界建筑类型发展的两大主要趋势。究其原因，主要在于大跨度的公共建筑始终是社会活动的一个很重要的中心。现如今的大跨度建筑发展已迈入了一个崭新的阶段，在结构及形式方面不断推陈出新，同时大跨度建筑物在空间形态方面也更具时代感，进而打破了以前以立方体为主的简单组合，取而代之的是外形简洁自由的曲面围合和跨越。

  大跨度建筑结构形态的形式美是由于许多要素共同决定的，比如：大跨度建筑物本身的比例、尺度、韵律、形体、个性造型、对比、色彩、几何学等，上述要素都是我们一定要考虑的，只有灵活的结合这些要素，才能更好的展现大跨度建筑结构形态的形式美。

  在建筑行业中所谓的“比例”，大体上可以包含两个方面的概念：（1）整体或细部的长、宽、高之间的大小关系；（2）整体与局部或局部与局部之间的大小关系。法国建筑师布隆代尔就曾说过：“美产生于度量与比例”，在他得眼中任何一个建筑物的设计完成都需要经过一系列的度量、计算和反复考虑各种比例关系，建筑上“设计的比例”不仅仅是一个技术性的问题，还是一个形式美的问题。

  在设计比例时需要考虑的要素有如下一些：（1）客观要求，指的是设计对象本身的一些功能、技术、结构形式等标准对比例的要求；（2）主观要求，指的是设计者想通过这个设计表达的设计主题、艺术上的追求、或者是风格方面的要求等；（3）文化环境方面的要求，指的是：由于种族、文化圈子、时代等的不同，导致人们在匀称的看法、比例的标准等方面不同。

  所谓建筑物的“尺度”一方面指的是其整体和某部分细部与人们所习见的某些建筑细部之间的关系；另一方面指的是以一定的尺寸与被赋予定性的好的比例相联系的测定标准，大体上可以分为三种：（1）自然尺度，其可以在一定程度上体现观者正常的存在；（2）超人尺度，其主要是强调建筑的高大与雄伟，进而使得人们感到渺小，其表现的形式在于简洁的形和巨大的尺寸；（3）亲切尺度，其主要是指心理尺度比较小。

  结构的形式是对于展现该结构的形式美是十分重要的，毋庸置疑的是，结构形态构思拒绝平庸的结构造型，同时也反对把结构的选型作为最终形式生成的主要手段，而是应该让设计者尽最大的努力去创造新的结构体系。创造一个新的结构体系在某种程度上说是比较困难的，如果一个设计者不能创造新的体系，那么他至少要去发掘已有体系的新的造型潜力。结构造型个性是评判一个结构形态设计方案优秀还是平庸的重要的依据。

  对于一个比较理想的大跨度建筑，其应该结合好连续与渐变。结构形态的连续性与渐变性在一定程度上是受到力学作用的结果。相关技术人员提出的理论是：连续和渐变不仅可以提高结构本身的整体刚度，让受力构件的内力得到合理的分配；同时其还可以充分发挥构件的承载能力。在建筑空间造型中之所以要充分利用和发挥连续与渐变带来的效果，究其原因在于连续性和渐变性往往与结构给人的稳定、轻巧、流畅等感受联系在一起。

  在艺术中，韵律其实是一种属性，一种将物体的诸元素成系列重复出现属性，这些元素之间不是独立的，它们的关系是认知与被认知的关系。如果将韵律应用在建筑中，它的重复性主要是由建筑设计所引起的，实质上指的是由视觉可见元素的不断重复，比如：光线和阴影，不同的色彩、立柱等等。对于建筑本身而言，其美感主要是依靠这些韵律关系的协调性、简洁性以及力度感来取得的。

  在大跨度建筑结构形态的设计中，构件的排列组合应该是具有一定规律性的，这样才可以让人们觉得该结构是比较简化的，其在受力方面也是合理的，更重要的是可以在一定程度上减少工期，降低工程费用。对于建筑结构而言，单元有规律性的重复出现也会使得结构本身具有比较强烈的韵律感。

  随着科技的不断发展，在建筑业领域中，计算机辅助设计和计算机辅助制造技术也得到了十分广泛的应用，进而扩展了建筑形式的自由，在这个过程中产生了一种新的建筑形式，即非线性的建筑形式。对于这些非线性的建筑形式，如果其仅仅是利用传统结构方式支撑的表皮，或者其没有一定的协调形式和结构的内在规律，那么这种形式便只是以往建筑风格的更迭而已。随着我国建筑师在观念上的不断更新，他们在建筑工程中开始逐渐的应用一些折叠、编织、混沌等哲学概念，以便更好的展示建筑结构的形式美。

  几何学在结构形态领域中的定义是：确定在力的改向中具有独特及有益特性的线、面、体，建筑结构设计中的基准在于它们的形状。“几何学”之所以可以用于塑造具体的空间环境、建筑物及其结构形式，主要在于其不仅是关于轨迹在空间中的正确定位，还是关于平面和空间形体与各种形象的合乎规律性的理论。

  在大跨度建筑物中只有合理的运用几何学才能实现和确认物质对象、空间形体等设想的形态概念；同时也只有这样才能使这些形态概念彼此之间得以沟通、校核以及最后的实施。几何学的系统化可以使建筑的结构形态显露出富有诗意的潜力。

  就几何学而言，其大体上具备如下三个重要的功能：（1）画法几何学作为一种工具和媒介，可以使得设计成果更加显而易见；（2）结构形态几何学可以作为一种产生结构构想之形态原型及体系的类型；（3）人们为了更好的探讨空间及其规律，而形成了线、面、体的几何学。

  力作为一种联系结构和形态的媒介，美可以被看作是视觉上的力感，结构形态可以让人们感受到一定的力感。在大跨度结构中，可以用结构形态的运动感来创造一定的视觉效果，工程中的具体的表现手法大体上可以分为：构件彼此之间的交叉与重复，结构本身的一定倾斜、起伏等。

  大跨度建筑是一种综合创造力的体现，其涉及到的方面包括该建筑的功能、技术、艺术等诸方面因素，所以在大跨度建筑的过程中需要综合处理各种信息，以便能动地运用结构形态手段去创造动人的建筑视觉形象，让人们更好的感受结构形态的形式美。

  如今，社会在蓬勃发展，人们早已不再满足于吃饱穿暖的阶段，对物质和审美的需求日渐高涨，建筑的意义不再只是单纯的遮风挡雨，同时还得兼具美观与实用价值。因此，结构仿生在大跨度建筑设计中的重要性不言而喻。本文首先从结构仿生和大跨度建筑设计两方面入手，通过查阅整理，对结构仿生的概念、结构仿生的发展和结构仿生的科学基础理论进行系统的研究，总结出结构仿生的方法和应用特征。然后概括大跨度建筑的结构设计特点，结合相应的案例进行分析，最后得出结论，并就这一结论对结构仿生在大跨度建组设计中的应用提出改进意见。

  了解结构仿生的概念，首先要先了解仿生学的概念。仿生学一词是由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性质’的意思）”构成的。斯蒂尔在1960年提出仿生学概念，到1961年才开始得以使用[1]。他指出“某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科”。结构仿生（BionicStructure）是通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中一部分的机械装置，通过结构相似实现功能相近。结构仿生中分为，蜂巢结构、肌理结构、减粘降阻结构和骨架结构四种结构类型[2]。而本文研究的结构仿生建筑则是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为蓝本，寻找自然界中存在许久的、科学合理的建筑模式，并将这些研究结果运用到人类社会中，确保在建筑体态结构以及建筑功能布局合理的基础上，又能做到美观实用。

  仿生学的提出虽然不算早，但是它的发展大概可以追溯到人类文明早期，早在公元8000多年前，就有了仿生的出现。人类文明的形成过程有许多对仿生学的应用，例如，在石器时代就有用大型动物的骨头做为支架，动物的皮毛做避寒而用的简易屋棚。这就是最早一动物本身为仿生对象的结构仿生。只是那时候的仿生只是简单停留在非常原始的阶段，由于生存坏境的恶劣，人类只能模仿周围的动物或者从自然界已有的事物中获取技巧，以此保证基本的生存。因此，从古代起，人们已经在不知不觉中学习了仿生学，并加以利用。随着现代科学技术的不断进步，仿生学的概念也被不断完善和改进，逐步形成系统的仿生学体系。实质上看，仿生学的产生是人类主动学习意识下的产物。它带给人类带来了创新的理念与学以致用的方法。使人类以不同的视角看世界，发现未曾未发现的事物，实现科学技术的原始创新，这是其他科学不具备的先天优势。

  所谓大跨度建筑，就是横向跨越60米以上空间的各类结构形式的建筑。而大跨度建筑这种结构多用于影剧院、体育馆、博物馆、跨江河大桥、航空候机大厅及生活中其他大型公共建筑，工业建筑中的大跨度厂房、汽车装配车间和大型仓库等等。大跨度建筑又分为：悬索结构、折板结构、网架结构、充气结构、篷帐张力结构、壳体结构等[3]。当今大跨度建筑除了用于方便日常生活外，更多作用是做为是一个地方的地标性建筑。这就需要在建筑结构上要能展现本地的特色，但又不能过分追求标新立异。大跨度建筑因为建筑面值过大，耗时较长，除了对结构技术有更高的要求外，也需要设计师对建筑造型的优劣做出准确的定位。大跨度建筑也需要同时兼备多种功能，如2008年为北京奥运会的各个场馆的建设，除了需要体现不同的地域特色外，还要考虑到今后的实用性。以五棵松体育馆为例，它在赛后的实用性就大大的高于其它各馆。

  在了解了大跨度建筑结构的设计特点外，我们用实际例子来具体分析一下。萨里宁（EeroSaarinen）于1958年所作的美国耶鲁大学冰球馆形如海龟，1961年设计的纽约环球航空公司航站楼状如展翅高飞的大鸟，让旅客在楼内仿佛能够感受到翱翔的快乐。这些都是举世瞩目的例子。在1964年丹下健三在东京建造的奥运会游泳馆与球类比赛馆，模仿贝壳形状，利用悬索结构，使它们的功能、结构与外形达到有机契合，令人眼前一亮，继而成为建筑艺术史上不可多得的优秀作品。另一位设计师———赖特，他是一位将自然与生活有机结合的建筑师。1944年他设计建造的威斯康星州雅可布斯别墅，就是将菌类做为设计灵感，把住宅仿照地面菌菇类植物进行搭建，给人以与自然融合在一起的感觉。此外，又如萨巴在1975-1987年建成的印度德里的母亲庙则是犹如一朵荷花的造型，它借荷花的出淤泥而不染来表达母亲圣洁的形象，因此成为印度标志性的建筑。在国内，大跨度仿生结构的案例有很多，最具有代表性的要数国家大剧院。国家大剧院外观形似蛋壳，所有的入口都在水下，行人需通过水下通道进入演出大厅。这种设计符合剧院的庄严感同时又兼具了美观与时尚感。除此之外，武汉新能源研究大楼也是大跨度仿生结构的经典案例。它由荷兰荷隆美设计集团公司和上海现代设计集团公司联合设计，该院负责人说，“马蹄莲花朵是该楼设计的自然灵感之源。”大楼主塔楼高128米，宛如一朵盛开的马蹄莲，它显示着“武汉新能源之花”的美好寓意和秉持绿色发展、可持续发展的理念。

  由此可见，我们不难看出结构仿生在大跨度建筑设计中具有优势。国内外无数的成功案例说明，结构仿生模式在大跨度建筑设计中还有很大的发展空间。要充分利用这一优势，将越来越多的结构仿生运用到大跨度建筑当中去，将艺术与生活结合在一起，设计出更多兼具审美与实用兼顾的建筑物。虽然结构仿生建筑设计方面的研究颇多，但是结构仿生建筑设计的系统仍然不够完善。并且生物界与我们的社会还是存在一定的差距，有很多的仿生结构虽然很理想，可是真正利用到人类社会中还是存在诸多不利因素。不过我相信，随着科学与社会的不断进步，人类与自然生物的不断接触和探索，结构仿生在大跨度建筑设计中一定会有更为广阔的发展空间与发展前景。

  [1]魏晓华,田长河.结构仿生在大跨度建筑设计中的应用分析[J].建材与装饰,2015,(48):73-74.

  [2]宋明星,刘尔希,袁朝晖等.大跨度建筑设计教学方法研究———湖南大学4年级第2学期建筑设计教学[J].建筑学报,2014,(8):97-101.

  近年来，随着人们需求的不断增加，各类大型建筑的功能也逐渐丰富，以北京鸟巢为例，不仅要建设各种类型的比赛场地，还要设置相应的观众席、运动员休息室以及大空间的后勤基地。因此，建筑物的规模不断扩大，功能日益丰富。从国内大型建筑的发展现状看，跨度达 120mm 以上的超大规模建筑不在少数，并且大都采用了新材料和新设计技术，出现了诸如空间网格结构、张力结构等富有特色的现代化大跨度建筑。从行业发展角度看，大跨度空间钢结构已经成为近代以来发展速度最快的建筑形式之一，并且随着建筑施工技术的不断优化，在未来相当一段时间内还有着更为广泛的应用，发展潜力巨大。大跨度空间钢结构施工技术的优劣，在很大程度上成为衡量一个国家建筑技术水平高低的重要因素。

  对于国内大跨度空间钢结构施工来说，虽然经过多年的研究积累了较为丰富的理论基础，但是实践经验相对缺乏：硬件方面，无论是在前期钢结构的规划设计还是中期的施工操作，都存在部分的瑕疵和疏漏；软件方面，专业水平强、综合能力高的高素质人才数量不足，难以弥补大跨度空间钢结构施工人才的缺口，理论和知识创新能力稍弱，对国外施工技术的依赖性较强。目前，国外空间钢结构的最大跨度已达 200m 左右，给国内建筑单位和科研机构带来了更大的压力，因此，我们必须结合国内建筑基础，由“中国制造”向“中国创造”转变，研发独具中国特色的大跨度空间钢结构施工技术。

  随着科学技术在各个领域的应用，建筑工程设计通常也采用计算机制图工具，提高设计的科学性和精准度。如 CAD 技术和 CAM技术在钢结构施工建设中起辅助作用，它的运用为建筑提供三维空间和立体感，实现了图文之间的转换，减少设计的误差，提高工作效率。

  在大跨度空间钢结构施工中，保证钢材间的高质量焊接对于提升整体结构稳定程度有关键性影响，直接决定了空间钢结构的使用年限。现代大跨度空间钢结构设计时，为了尽可能体现结构的多样化，往往采用不同类型、不同尺寸的钢材，这就给焊接带来了较高的难度。除此之外，在大跨度空间钢结构施工时，需要面临来自外界环境的多重因素影响，例如温度变化、风速、湿度等，都会给焊接质量产生影响。为了解决上述问题，必须有针对性的采用焊接工艺，确保每个焊头的施焊均匀和母材的充分融合。

  传统大跨度空间钢结构功能单一，因此结构形式就会受到固化。随着建筑理论的不断发展，大跨度空间钢结构形式也多样化发展。如以生物仿生学为设计基础奥运会鸟巢建筑、以泡沫理论为基础水立方等。将大跨度空间钢结构设计理念与现代技术结合起来，不仅使结构外观丰富多样，给人以眼前一亮，也满足了现代人的审美情趣，而且结构形式更加科学、合理。

  在科技进步和经济发展的不断推动下，建筑行业建筑理论不断更新，为了满足人们对于建筑的需求，建筑空间钢结构跨度向更大范围扩展开来。虽然建筑空间横向扩展会使建筑内部功能丰富，但由此带来建筑压力也会不断增加，在这样的情况下，保证建筑空间框架安全、提高钢结构荷载能力成了保证建筑质量的关键所在。因此，相关审查委员会制定严格建筑安全审查标准，要求大跨度建筑要选择高强度、高质量的优质钢材，并且定期要对钢结构进行检验，确保及时发现钢结构问题及时解决，起到防患于未然的作用。

  张拉整体结构大致为三棱柱或四棱柱构成的基本单元，如果把所有基本单元的节点进行联接，则能够构成双层张拉整体结构，这一自应力网格体系大多是通过被连接的棱柱体单元具备的单独受压刚性杆以及持续张拉的柔性索而构成，其中敷设的膜材可选用遮光挡雨的类别，总体刚度以单元间的自平衡预应力为根本。

  把以上张拉整体结构上层柔性索变成具备刚性的单层球面网壳，在弹性的支撑方面能够提升单层网壳的稳定性以及结构刚度，因为上层属于刚性，能够把膜材取消运用常规的夹芯板进行取代，在提升建筑物室内保温性能以及隔热性能的状态下，可以大面积节约工程造价的成本。

  在工作中，透过技术人员把当前预应力技术与空间网格结构相融合，则能够打造出预应力网格结构。通常状态下，在空间网格结构内施加预应力的方式有以下两类：首先，在空间网格结构四周设定相关的预应力索或在下弦平面中设定预应力索，如此则可以结合为预应力网格结构；其次，在空间网格结构创建当中施加预应力，透过适宜的协调而变为预应力网格结构。

  张弦梁结构属于上弦抗弯受压构件与下弦受拉钢索而构成，在工程内体现出受压撑杆相互衔接的自平衡结构体。弦析架结构属于受压撑杆持续上端抗弯受压拱式析架与下端构成，在工程内体现为受拉钢索而构成的自平衡结构体。这两类结构的用钢量有所增加，施工难度有所提升。

  对角线布索体外预应力平板型网架最初使用在前苏联，通过前苏联的建筑举例，在1977年的福尔日思科的某一商业中心，建筑面积在72mx17m。我国某空间结构厂在1993年运用同等原理以及布索形式创建对角线布索体外预应力平板型网架，以此展现出对角线布索体外预应力平板型网架的优势，而不足之处则为预应力结构体系并不完善，构造十分艰难。

  （l）最大的跨度可以为400一500m，跨度在200一300m之间尤为普遍；（2）当前应当持续完善并提升应用斜拉网格结构、预应力乃至弓式预应力钢结构以及张弦梁结构；（3）应当结合承建单位的力量，一同研发并推广索弯顶结构，在短时间内尤其应当争取创建我国首幢索弯顶；（4）探索预应力空间钢结构全新的材质、工艺、结构、节点，极力进行创新；（5）处理并未解决的预应力空间钢结构抗震、抗风、结构优化、结构控制等方面的问题；（6）由于普遍运用在公共性窗口建筑的预应力大跨度空间钢结构，能体现出一个地区乃至国家的建筑水平。

  综上所述，工程师与建筑师对于工程项目的创建当中，需要有效结合，将各类先进技术运用其中，如此才可打造出全新的预应力空间钢结构，以便符合当前社会的发展所需，加快建筑行业的健康化发展，使社会经济能够可持续运行。

  [1]薛宇轩，胡燕昊.大跨度空间及其钢结构工程实现问题探讨[J].科技资讯，2011（10）：131-133.

  建筑结构表现与结构选型不一样，其主要是以结构的内在规律为指导，努力创作出富有表现力的结构形象，是一种创造性的设计过程，而结构选型只是其中的一个方面。创造性的结构表现是在给定的设计条件下去寻求最新的结构形态。结构形态的固定化、手法化以及机械地选择，是与创造性的结构表现完全对立的。结构表现与结构构思也不同。结构构思的主要任务是解决结构形态的概念设计和建筑立意的问题，而结构表现不仅涵盖了结构构思，还有一个结构构思的实现问题。结构表现要把结构构思提出的概念、立意、想法等通过运用相应的设计手法转化为真实的建筑、结构元素，最终创造出具有艺术性的结构形态。本文结合工作实践，主要就如何构建大跨度建筑结构表现方式进行了论述。

  大跨度建筑的结构与建筑的关联程度远远大于一般民用建筑，其建筑空间的围合、形体的构筑、形象的塑造等都与结构紧密相关。对于大跨度建筑来说，常常建筑就是结构，结构就是建筑。结构体系是大跨度建筑创作的基础，结构的合理性在设计中处于核心地位。大跨度建筑结构分为屋盖结构和下部支撑结构，其中，屋盖结构的技术难度以及对建筑空间的影响都比较突出，是大跨度建筑结构表现的重点。大跨度建筑结构由于受力学规律支配，其结构形态和使用范围等都有着内在的规定性，从而对建筑构思和设计产生较大的影响。

  大跨度建筑的造价高，需要耗费巨大的社会劳动和社会资源。例如，国家主体育场方案――“鸟巢”经优化调整后的工程造价仍达22.67亿元，设计用钢量4.2万吨，是目前国内外体育场馆中用钢量最多、规模最大、施工难度最大的工程。中国工程院院士沈世钊教授曾经指出，“在建筑学上，结构重量跟跨度是不成正比的，是指数的关系。一个体育馆，如果跨度是100m，它的用钢量将是80-100kg/m2。如果跨度是200m的线.3 技术含量高

  在大跨度建筑设计中，需要充分考虑结构、施工、节能、智能控制等多种技术问题，并且技术因素与建筑物的美学处理密切相关。大跨度建筑通过对高、新技术的应用，创造出反应时代特征的建筑形式。例如，大跨度建筑结构设计所采用的技术必须达到跨度的要求，因此应该着重研究屋盖结构中可能产生的巨大弯矩和结构自重等问题，以采取合理的技术措施，保持所承受荷载与结构自重之间的合理平衡。同时大跨度建筑为了减轻自重，必须使用效率更高的结构形式，最大跨度的结构形式是那些最有效的结构类型形式，而结构的有效性越高，结构形式也就越复杂。因此，大跨建筑可以看作是真正的“高技派”建筑。

  支撑起建筑的结构必须是牢固的，必须足以承受各种形式的外力，包括建筑物的自重、雪荷载、风荷载和各种活荷载等等。因此，结构的合理性是结构形态发挥其效能的基础。结构形式、材料运用、构造处理、结构耐久和技术可行等无不影响着结构效能的最终实现。 结构的合理性也可以理解为结构的正确性。奈尔维在 1956 年的《结构》中写道：“结构的正确性与功能和经济的真实性一样，是形成建筑令人信服的美学价值的充分必要条件。”那么这种“结构正确性”指的是什么呢？ 首先是有完整的结构体系，其次是有合理的结构形态，最后还要有恰当的结构布置。结构正确性是一种合理的重力的传承关系，必须体现出结构最优化、平衡的原理以及由此产生的应力分配的规律，并与建筑艺术形式和功能的要求相一致。

  在建筑设计中，借助弯矩概念分析，可以帮助我们进行结构构思。如GMP设计的柏林火车站方案（图1），屋面拟采用单拱形式，最大跨度为50m。由于在结构形式上做了修饰性变化，端部呈内收形式，加之矢跨比较小，在通常的竖向荷载作用下，弯矩作用明显。鉴于此，设计采用索桁架形式予以加强，其布置形式与弯矩图一致，充分展示了力学原则本身所提供的艺术表现力，使结构形态更为丰富。

  经济常常是大跨度建筑设计中的决定因素，结构技术的经济指标是评价建筑设计与创作的一个重要依据。再好的构思，再好的方案，若不能为经济条件所接纳，那也只能付之东流。 结构的经济性一般表现为较少的营建费用。营建费用包括人工费用、材料费用，还涉及施工中 的其他费用，如搭制脚手架、材料运输等。结构的后续耐久性也是评价结构经济性的重要指标。此外建筑运行（使用）中的节能问题越来越被重视，也是评价结构经济性的重要因素。

  结构是美的，结构有着自身的视觉表现力，结构可以看作建筑艺术中的一种重要的“艺术形式”。 结构的美是多层面的，在宏观层面上是反映在建筑体型中的雕塑美；在中观层面上是结构构件与空间处理完美结合的表现力；在微观层面上是细部节点的精致美。结构有四个基本要求，即平衡的要求、稳定的要求、强度的要求和刚度的要求。在建筑形象设计中，正确地反映这四个基本要求是对结构的科学美的追求。相应地，结构的科学美可以分为平衡的美、稳定的美、强度的美和刚度的美。在结构表现的过程中，应力求使结构科学美的内容尽可能产生视觉空间艺术美的形式，同时，也要力求视觉空间艺术美的形式尽可能具有结构科学美的内容。这是结构技术与建筑艺术相互统一的基本途径，也是结构表现的内在要求。

  例如，在建筑结构构件的表现上，多采用巨型构架的造型的手法展现技术美。这些结构构件本身具有一定的几何特征，起到传递美学信息树立美好形象的作用。这些几何特征鲜明的结构构件，就像文学和绘画艺术的语言和符号一样，强化了建筑的行为特征，增强了建筑的可识别性。另外，很多建筑还利用钢材抗拉强度高的特点，以斜拉杆件中张力所呈现出的紧张感和力度感给人们以视觉冲击。

  结构表现的目的在于综合社会的、经济的、技术的、人文的因素，运用结构逻辑和形象思维，赋予大跨度建筑以情感的秩序和艺术的属性，使之具有深刻的内涵、鲜明的个性和优美的形式。在成功的结构表现的建筑中，力的作用总是被清晰地表达出来，同时结构以优雅与轻盈掩饰了内在的复杂性。一座建筑物的形式，即使具有高效能的结构体系，是简洁、有秩序和令人愉快的，这正是结构表现的美学要求。

  在工程建设上，对于大跨度刚的定义是指跨度超过60m的钢架结构。随着社会的城市化进程的加快，大跨刚的结构也变得多种多样，目前用于建筑上的就有钢管形、树枝形、织物形和开合屋盖结构等等非常成熟的结构，面对如此众多的空间结构给了建筑师宽广的设计空间，从而使成型的建筑物外形美观，结构合理以及各种设备的安装都变得比较方便，提高人们的生活质量。特别是目前许多建筑设计师开始采用多种结构组合而成的新的结构来设计建筑物，因为这种新的结构在组合的过程中不同结构可以扬长避短，从而优化整个大跨钢结构的承重受力性能。另外值得提出的许多国内外专家都在尝试将预应力技术应用到具有张力特点和框架特点的大跨度钢结构中去，具有一系列的优点，例如建筑结构受力均匀，刚性强度硬和搭建安装便利等。相信大跨度钢结构的发展和应用将使我国现代化进程的速度提高，从而能较快的实现祖国的四个现代化进程。

  大跨度刚结构的尺寸变量因素主要是跨度和宽度，这两个变量都是建筑物的空间结构的定位指标，而且目前人们的生活条件越来越好，对建筑物宽敞的空间结构的追求越来越强烈，从而促进了大跨空间刚结构的发展，形成了多种不同的结构形式，而且这些结构应用在建筑上都取得了不错的效果。但是，这些不同种类的大跨度刚结构所要求的跨度也不尽相同，一旦盲目的采用统一的跨度，将使钢结构的承受力不均匀和刚度性能下降等严重的建筑问题，所以针对不同结构的大跨钢合理选择合适跨度变得非常重要，严格把关。不同的大跨钢结构形式都有一个共同的特点，就是都是在承受负荷的作用下在空间中受力来支撑上层的重量和自身的重量，所以大跨钢结构的长度也是一个非常重要因素，直接影响到结构的受力是否合理。

  建筑设计师在设计大跨度空间钢结构时需要考虑的问题有两方面，一方面是建筑物设计的各种指标，即是否能达到预期的采光和通风要求，另外在北方进行建筑作业时还要考虑到保温和隔热等要求。具体的来讲，采光量的大小和通风性的好坏都与大跨钢的结构有很大的关系，并且可以通过合理改变其结构而得到，保温和隔热直接影响到人的健康，需要合理考虑。另一方面就是美观和协调，即大跨钢结构对于整个建筑物是否美观及和周围的环境是否很好的融洽。

  众所周知，只有建筑物具有足够强的承重能力，才不会出现垮塌的危险，直接危及人们的生命和财产安全，所以选择大跨钢结构时，要明确了解该建筑物所承受的荷载的种类，常见的荷负载有风荷载，雪荷载和自身荷载等等，针对我国的地理位置的特点，还需要考虑地震荷载。

  受力的均匀性是进行大跨钢结构的建筑物设计时一定要考虑的因素，受力的不均匀和平面形状设计的不合理将直接影响到建筑物的质量和寿命，所以对平面形状的选择对于大跨钢结构的选型变得非常重要，而目前大跨钢结构常用的平面形状分为两类，一类是规则形状，例如矩形，圆形等等；另一类是组合形状，即几种形状组合在一起。举例说明，当大跨钢结构采用矩形形状时，这时钢结构采用柱面网壳，将使其自身的受力变得比较均匀，当为圆形时选择充气式薄膜结构能满足受力均匀的特点。

  整体作业法主要指整体吊装法和整体顶升法，虽然两者都是整体作业，但是各自的工作过程不一样，整体吊装是指在地面就完成大跨钢结构的组合装，然后采用大型的建筑设备整体吊装到规定的高度位置上，最后固定的方法，如图1所示，哈尔滨体育会展中心就是的钢屋盖结构的施工就是采用整体吊装的形式。而整体顶升法是指利用千斤顶将大跨度钢结构顶升到规定的位置的一种作业方法，如图2所示。从两者的特点来看，整体吊装的特点是组装方便，在地下作业就行，缺点是成本太高，需要大型设备，而且地下所占的空间大，减缓施工速度。

  分条安装法主要是将大跨钢结构按照规定的图纸在地下切割成一块块零散的单元，主要以条或块为单位，然后通过起重机将这些单元送到指定位置后再进行组装的一种作业方法。但是在使用这种方法进行大跨钢结构安装时需要仔细考虑几个方面，即在指定位置组装时要注意每个不同单元的受力改变情况，一般都比较小，还需要考虑提拉设备的负荷承受强度，不然将出现重大人身伤亡事故。该方法的优点是地面作业多，高空作业相对少，能大大的提升大跨钢结构的质量，用于大跨钢在建筑上的架构成本也非常低。

  高空滑移法同分条安装一样，都需要先对大跨钢结构进行分割，但只是以条形结构为基本单元，然后通过铺设好的轨道将这些条形单元由轨道的一端移动到指定位置的方法。由于条形结构的一致性，这些基本单元非常方便拼接成大跨度的空间刚结构。深圳机场扩建航站楼就是采用的就是滑移的方法，在高空进行组装，使用三点牵拉，同步横向滑移，跨度为135m。目前有两种方法来实现运送大跨钢结构，一种是将条形单元滑移到指定的位置进行安装，再在空中进行焊接如图3所示，另一种是在轨道上相邻的条形单元之间间隔一定的举例进行滑移，从而实现连接如图4所示。

  高空散装法将大跨钢结构需要弄到的各种元件，包括各种固定件和支架等，直接运送到高空指定的位置进行组装。工程上有两种作业方式，一种是将一个个分散的元件进行拼装，另一种是采用部分拼接好的单元在高空进行拼装。采用这种方法的优点是不需要焊接固定，只需要用固定件来进行连接即可，所以常用于不需要焊接的大跨钢结构中，例如网架和网壳等。但也有一个严重的缺点，就是高空工程量太大，需要的连接架很多。

  要将大跨度钢结构成功的应用到建筑物的设计中需要一套比较成熟的实施工程技术，因为没有可靠的建筑施工这个环节，就像有米无锅，所以设计一套完善的应对大跨钢结构的施工方案才能保证建筑施工的顺利进行。特别是面对越来越复杂的大跨钢结构，要将它应用到建筑物中单独靠现在的实施工程技术是不行的，所以在施工方面也需要加以改进和完善，设计出科学合理的施工方案来。通过对建筑实施工程技术的当前应用研究，觉得应用于大跨钢结构和复杂的建筑物的施工技术可以通过对下面两个方面进行考虑，一方面是采用先进的电子仪器技术对建筑各方面的情况进行监控，保证建筑工人的人身安全，同时引进大型的自动化设备对建筑物的各种材料和转移进行精确的操作，提高施工速度和实现建筑物的标准化。另一方面采用更加先进的安装方法，或者综合几种安装方法来实现大跨钢结构的组装和拼接，改善目前安装工序的质量。

  对于大跨度空间钢结构来说，设计数学模型的好坏跟相应参考的因素息息相关，若参考的因素过于简单，对大跨空间钢的选型将存在很大的误差，若考虑的过于复杂，会加大模型的难度，所以需要针对大跨钢结构在建筑中所起的作用和自身所受的阻力来进行客观的考虑，才能正确的选择大跨钢结构。本文先分析了大跨钢结构的特点和类型，然后就大跨钢结构选型，从实际出发，提出需要参考的主要因素，最后列举了现代施工过程中常见的安装技术，同时就安装的现状提出了对于建筑施工的几点改进意见。

  [1]杨桢.我国大跨空间钢结构应用发展的主要特点[J].林业科技情报，2011，04：44～45.

  所谓的大跨度空间结构，通常是指跨度在60m以上的建筑结构，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。本文就公共建筑大跨度空间结构设计进行了探讨，并结合了实际的工程实例，简要介绍了有关该工程结构设计的特点和难点，以期能为公共建筑大跨度空间结构的设计提供参考。

  某公共建筑工程，建筑面积28210m2，地面共4层。建筑物总长90.9m，宽81.3m，室外地面至大屋面檐口高度26.8m，采用现浇钢筋砼框架结构体系（局部布置少量剪力墙）。建筑抗震设防类别为重点设防类（乙类），结构安全等级为二级，设计使用的时间为50年。所在地区的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，建筑类别调整后用于抗震验算的烈度为6度，用于确定抗震等级的烈度为7度，框架、剪力墙抗震等级均为二级。

  拟建场地位于江边冲积平地上，河岸已建有防洪堤和道路。场地平坦开阔，未见滑波、崩塌、泥石流等不良地质现象，地层变化较为均匀。场地主要岩土层工程地质综述及地基评价如下：

  本次工程勘察揭示的岩土层，按其岩土工程性状划分主要分为8层：①吹填砂，②含泥中砂，③（含砾）细中砂，④淤泥质土，⑤细砂，⑥圆角砾、⑦碎卵石，⑧中等风化花岗岩。

  根据SATWE电算分析结果，柱底最大轴力（标准组合）为12351kN。根据地质报告，本工程基础可采用预应力砼管桩或冲（钻）孔灌注桩，相比冲（钻）孔灌注桩，管桩的优点是造价相对较低，工期较短，且桩身质量可靠。所以本工程基础选用锤击先张法预应力高强砼管桩，桩端持力层选用碎卵石⑦或根据地质情况选用圆角砾⑥。单桩竖向承载力特征值为2300kN，桩长约35～40m。锤击桩收锤标准以贯入度控制为主，桩长控制为辅，最后3阵每阵10击贯入度为20～50mm。根据现场试打桩的实际情况，桩长调整为约42m。经单桩竖向承载力静载荷试验验证，实际单桩竖向承载力满足设计要求。

  因建筑功能需要，本工程平面较为复杂，楼面标高变化较大，局部存在夹层、错层，楼板开大洞。计算采用了中国建筑科学研究院研制的SATWE程序，考虑扭转藕联及双向地震。

  舞台、侧台、主会堂观众厅上空因层高需要，在2、3、4层楼板开大洞，形成越层结构，刚度削弱较大，为增强结构侧向刚度，洞口周边布置少量剪力墙，如（图1）所示。此外，因开大洞导致观众厅左右两侧结构联系薄弱，在舞台与观众厅连接处两台口柱边各布置一片剪力墙，且在前厅与观众厅连接处的中间柱位边布置两片横向剪力墙，这些措施有效增强了结构的抗扭刚度，扭转周期由第2周期降至第3周期，扭转周期与平动周期的比值由0.895降至0.483。对楼板开大洞问题，在电算分析中还采用了全楼弹性及分块刚性楼板等不同模型计算，进行比较，作为结构设计的参考。

  有关计算结果表明：本工程结构刚度适宜，结构的层间位移可以满足规范的要求，结构抗倾覆验算，整体稳定验算及上下层刚度比以及楼层抗剪承载力比均满足规范要求。根据电算分析结果，对重要构件及薄弱部位予以加强。主要计算指标如下：

  （1）平面较为复杂，楼面标高变化较大，局部因存在夹层、错层而形成短柱。对这些柱采用控制框架柱轴压比、加强框架柱主筋、提高箍筋的体积配箍率以及箍筋全高加密等方法，以保证结构构件的延性，确保竖向构件安全。

  （2）楼板开大洞，结构侧向刚度沿竖向布置不规则。主会堂为单层空旷房屋结构，层高约20m，一层300人会议室为跃层结构，该部分层高约11.25m。鉴于上述原因，楼板多处开大洞，且洞口沿平面及竖向布置不规则，如设置抗震缝将结构主体断开，形成多个独立的结构单元，会导致这些结构单元成为大跨度的单跨结构，不利于抗震，故本工程不设防震缝。建筑物总长90.9m×81.3m，体型超长，各层均设后浇带，以减少砼收缩、徐变的不利影响。

  由于观众厅及舞台上空楼板开大洞，结构侧向刚度受到较大削弱，对抗震不利。在不影响建筑使用功能的前提下，沿前厅、观众厅及舞台周边角部布置了少量L型剪力墙，L型墙角部设框架柱。有效增加了结构的侧向刚度，形成多道抗震设防。

  计算采用了中国建筑科学研究院研制的SATWE程序，对楼板开大洞问题，在电算分析中采用全楼弹性及分块刚性楼板等不同模型计算，进行比较，作为结构设计的参考。洞口周边楼板加厚，板面配双向通长筋，增加楼板整体刚度。

  一层300人会议室顶板横向跨度23.5m，纵向跨度22.4m，纵、横向各布置2道预应力大梁，形成井字梁结构，预应力梁断面600×1400。横向预应力梁最大裂缝出现在支座，宽度Wmax=0.0145

  观众厅楼座为悬挑结构，布置4道悬挑预应力大梁，悬挑梁跨度7.2m，断面为600×1500～800（梁高）。为了尽可能平衡楼座悬挑荷载，自挑梁根部向后延伸4.8m，布置一排框架柱，柱断面1000×1200。悬挑大梁采用后张法有粘结预应力结构，支座最大裂缝宽度Wmax=0.0871

  主会堂屋面横向跨度39.8m，布置三道箱型钢梁，钢梁断面1200×2600～3100（梁高）。支承钢箱梁的柱断面为1400×1400，出屋面以后该柱断面收缩为600×1400。

  舞台屋面25m×23.3m，采用现浇钢筋混凝土结构，按井字梁系布置，一道横向主梁跨度25m，断面为800×1500；两道纵向主梁23.3m，断面为700×1500，如（图2）所示。屋面梁下挂舞台栅顶钢结构，导致上述三道主梁受力较大，配置部分预应力筋，横向预应力梁最大裂缝出现在支座，宽度Wmax=0.0763

  本工程主体采用现浇钢筋混凝土结构。观众厅屋面尺寸39.8m（横跨）×35.1m，因跨度较大采用钢梁+钢承板的组合楼板体系。横跨布置三道箱型钢梁，钢箱梁断面尺寸1200×2600～3100（梁高），钢箱梁间布置H型钢次梁，与上铺压型钢板、叠合钢筋混凝土板组成组合梁、板受力体系。钢箱梁最大正应力与许用应力比为0.79，最大剪应力与许用应力比为0.10，钢箱梁设计考虑稳定性要求，除在次梁搁置处设置横向加劲肋外，在箱体上部布置通长纵向加劲肋，将截面分为上下双箱体，有效保证了腹板受压部分的稳定性。钢箱梁跨中弹性挠度为W=26.1mm，挠度与跨度比W/l0=1/1525

  综上所述，本文就公共建筑大跨度空间结构设计进行了探讨，结合了具体的工程实例，对公共建筑大跨度空间结构设计中的几个维度作了详细研究，并总结了几点结论，相信对公共建筑大跨度空间结构的设计有一定的参考借鉴作用。