【摘要】進入新世紀以來，隨著建筑施工技術(shù)的飛速發(fā)展，一種全新的建筑結(jié)構(gòu)――大跨度結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)，其帶來的視覺沖擊力和實用價值給人們留下了極其深刻的印象，其應(yīng)用范圍也逐漸廣泛起來。近年來，住宅樓的建設(shè)中也開始應(yīng)用大跨度結(jié)構(gòu)。本文就大跨度結(jié)構(gòu)在住宅樓中應(yīng)用的合理性進行了探討，并對其應(yīng)用中一些需要注意的問題作了簡要說明。
【關(guān)鍵詞】大跨度結(jié)構(gòu) 住宅樓 應(yīng)用 合理性
前言：
大跨度結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計起源于二十世紀三十年代，在我國最知名的的大跨度建筑莫過于北京奧林匹克體育館----也即著名的“鳥巢”了：其造型之美觀，結(jié)構(gòu)之簡潔，施工之精良，一直備受世人的贊嘆。在這種建筑結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)逐漸走向成熟之后，一些民用住宅樓的建設(shè)也開始嘗試應(yīng)用，以取得以往建筑結(jié)構(gòu)所不能達到的效果。
1.大跨度結(jié)構(gòu)的簡要介紹
所謂大跨度結(jié)構(gòu)，是指橫向跨越60米以上空間的各類結(jié)構(gòu)形式的建筑的總稱。在古羅馬時代就已有大跨度結(jié)構(gòu)建筑的雛形。在進入新世紀以來，隨著新型高強度輕質(zhì)量的建筑材料（如合金鋼、特種玻璃、特種合金等）和高分子合成材料的發(fā)展，極大地減輕大跨度結(jié)構(gòu)自重的同時又顯著增強了其強度和韌性，其應(yīng)用變得日益廣泛。目前為止，大跨度結(jié)構(gòu)多用于民用建筑中的影劇院、體育館、展覽館、大會堂、航空港候機大廳及其他大型公共建筑以及工業(yè)建筑中的大跨度廠房、飛機裝配車間和大型倉庫等，其在應(yīng)用中所帶來的實際價值也受到人們的交口稱贊。
大跨度結(jié)構(gòu)的類型主要包括有折板結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、充氣結(jié)構(gòu)、篷帳張力結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)類型的技術(shù)特點均不相同，其使用范圍也有差異，如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要用于大型體育場和大型倉庫的建設(shè)，而懸索結(jié)構(gòu)多用于跨河大橋等�？偠灾�，作為一種新型的建筑結(jié)構(gòu)，大跨度結(jié)構(gòu)極大地改變了現(xiàn)代建筑的風(fēng)貌。
2.大跨度結(jié)構(gòu)在住宅樓建造中的應(yīng)用及其合理性分析
大跨度結(jié)構(gòu)在住宅樓建設(shè)中的應(yīng)用時間并不長，其施工工藝也并不十分成熟，因此其施工技術(shù)也是在摸索中逐漸發(fā)展。但其應(yīng)用所帶來的效果也是足以令人矚目的。
2.1住宅樓應(yīng)用大跨度結(jié)構(gòu)帶來的實際效果和合理性探討
大跨度結(jié)構(gòu)帶來的實際效果是十分明顯的，一般來說主要包括以下幾個方面：（1）美學(xué)效果（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果（3）加強了住宅樓的抗部分自然災(zāi)害的能力等。下面對這些實際效果逐一作簡略的介紹，以便為其使用的合理性提供證據(jù)。
2.1.1大跨度結(jié)構(gòu)帶來的美學(xué)效果
隨著人類對精神文化的需求不斷提高，人們的審美水平也“水漲船高”。尤其在住宅樓建造方面，其傳統(tǒng)的“火柴盒”式的結(jié)構(gòu)也越來越不能滿足人們的審美要求。自大跨度結(jié)構(gòu)問世以來，給人們帶來了前所未有的美感享受。因此，人們自然而然的會想到將大跨度結(jié)構(gòu)引入住宅樓的建設(shè)中。實踐證明，在住宅樓建造中應(yīng)用大跨度結(jié)構(gòu)之后，極大地改變了其舊有風(fēng)貌，為其增添了令人陶醉的現(xiàn)代化的神韻，很好地迎合了人們的審美觀。
2.1.2大跨度結(jié)構(gòu)帶來住宅樓的結(jié)構(gòu)革新
傳統(tǒng)的住宅樓的建造中普遍使用自重較大，強度較低，韌性較小的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在獲得較大的建筑內(nèi)部空間時就需要消耗大量混凝土建材，同時也極大地增加了結(jié)構(gòu)重量；而且，這種繁雜的結(jié)構(gòu)也會占用大量的體積，很大程度上壓縮了居住空間，惡化了居住條件。而在使用大跨度結(jié)構(gòu)之后，在使用相對較輕的結(jié)構(gòu)重量的同時，能夠獲得很大的內(nèi)部體積，便于內(nèi)部的施工，優(yōu)化了居住條件，在很多情況下還有利于住宅樓內(nèi)部的通風(fēng)和采光。
2.1.3增強住宅樓的抗災(zāi)能力
傳統(tǒng)的住宅樓在遭遇重大自然災(zāi)害（如地震、臺風(fēng)等）時，受限于自身結(jié)構(gòu)強度不夠，表現(xiàn)出了較大的脆弱性，非常容易發(fā)生倒塌。而且，由于混凝土用量多且易碎裂，一旦遇到極端自然災(zāi)害時，一旦坍塌，如雨點般的碎石砸向地面，會對來不及疏散的居民造成極其慘重的生命和財產(chǎn)損失。在使用大跨度結(jié)構(gòu)之后（尤其是整體式鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)，合成材料頂蓋結(jié)構(gòu)，有機玻璃頂層結(jié)構(gòu)），大大降低了住宅樓的結(jié)構(gòu)重量，增強了結(jié)構(gòu)強度和韌性，很大程度上提高了住宅樓的抗震抗沖擊等防災(zāi)能力，而且垮塌后不易碎裂，不會擴大破壞范圍，將生命財產(chǎn)的損失降低到最小。
綜上所述，大跨度結(jié)構(gòu)在住宅樓建設(shè)中的價值是極高的，在嘗試性應(yīng)用之后所取得的效果達到甚至超出了預(yù)期目標(biāo)，適應(yīng)了現(xiàn)代社會的發(fā)展要求。隨著大跨度結(jié)構(gòu)施工逐漸走向成熟，其使用的合理性也逐漸被社會各界所認可。
3.大跨度結(jié)構(gòu)在住宅樓建筑設(shè)應(yīng)用中需要注意的一些問題
大跨度建筑由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，很容易受到自然因素的影響，例如風(fēng)、震動等，如若在設(shè)計和施工時考慮不周，就可能造成大跨度結(jié)構(gòu)的損壞（尤其大跨度頂蓋），造成一定的經(jīng)濟損失。因此，在住宅樓建造中大跨度建筑設(shè)計施工時，應(yīng)特別注意其防風(fēng)和抗震性能。
3.1強風(fēng)對住宅樓中大跨度結(jié)構(gòu)的影響和處理辦法
大跨度結(jié)構(gòu)一般被建造在住宅樓的頂層，一般處于風(fēng)力較強的空域，因此其防風(fēng)性能就顯得格外重要，如果處置不當(dāng)，就可能會遭遇到“掀頂之災(zāi)”。例如，2010年12月10日的一陣強風(fēng)，將北京首都機場T3航站樓樓等的大面積金屬板掀開，填充其內(nèi)的部分保溫層被吹走，類似的情況還發(fā)生在北京郵電大學(xué)體育館、河南體育館、上海大劇院等，給大跨度結(jié)構(gòu)建造時的防風(fēng)性能敲響了警鐘。
根據(jù)相關(guān)研究。出現(xiàn)著這類問題的普遍原因是跨度屋面幾何外形突變而引起的流動分離。在設(shè)計和施工中對這個問題也有一套相應(yīng)的解決辦法的。首先，要對大跨度結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)載荷值以及敏感性強的局部結(jié)構(gòu)諸如屋檐尖角、屋脊或鄰近處（這只是一般情況，具體敏感點的分布要根據(jù)屋面形狀及其局部結(jié)構(gòu)形式來確定）的最大負壓系數(shù)。然后在對各處最大風(fēng)載荷均做詳細測定下的情況下，在設(shè)計時選擇合適的大跨度結(jié)構(gòu)的拱度，在風(fēng)壓敏感部位給予特殊的加強加固；同時，還可以在屋脊、四周屋檐及拐角處容易出現(xiàn)負風(fēng)壓峰區(qū)的平屋頂邊緣處，加一矮護墻，使拐角區(qū)域的旋渦抬離屋頂面，使其最大吸力下降到可承受范圍之內(nèi)；或者安置突出物（如煙囪），擾動分離旋渦，也可達到減輕局部區(qū)域最大吸力的目的。
3.2震動（尤指地震）對住宅樓中大跨度結(jié)構(gòu)的影響和處理辦法
對高層住宅樓使用的網(wǎng)殼屋蓋結(jié)構(gòu)（對震動較敏感）來說，抗震性能十分重要。根據(jù)相關(guān)的分析，這類大跨度網(wǎng)殼五代結(jié)構(gòu)具有自振頻率密集，且振動以水平振型為主的特點，在遭遇地震時（地震會產(chǎn)生兩種能量均極高的縱波和橫波）就極有可能引發(fā)共振，造成大跨度結(jié)構(gòu)整體垮塌甚至碎裂。科學(xué)研究表明，當(dāng)結(jié)構(gòu)阻尼比的值增大時，其對地震的反應(yīng)就會減小。因此，在加強大跨度結(jié)構(gòu)的抗震性能時，應(yīng)當(dāng)考慮使用一些強度大，質(zhì)量輕，伸縮性較強的材料。并且在設(shè)計時要注意防止設(shè)計出的大跨度結(jié)構(gòu)的自振頻率與地震水平波（橫波）的振動頻率重合或接近，以免造成共振（具體設(shè)計時可以用計算機模擬的方法，即將設(shè)計出的結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)入相關(guān)的模擬軟件中，選取不同的地震波進行模擬震動，來確定大跨度結(jié)構(gòu)的自振頻率）。
4.結(jié)語
大跨度結(jié)構(gòu)具有很多的優(yōu)良特性，其在住宅樓建設(shè)中的應(yīng)用也是不可阻擋的潮流。但在具體應(yīng)用時，必須完善相關(guān)的施工工藝，嚴格選取施工材料，并注意盡量減小自然因素的不良影響。
參考文獻
[1] 陳志華，榮彬，孫國軍. 弦支結(jié)構(gòu)體系概念與分類[J]. 工業(yè)建筑，2010.40（8）：1-6.
[2] 拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ/T249-2011），北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.
