1.2 大跨度木空间结构分类

《大跨空间结构》一书中，将大跨空间结构分为实体结构、网格结构、张拉结构 3 种。由于实体结构多指薄壳结构（通常结构用材为钢筋混凝土），其结构形式决定木材并不是合适的选择，故大跨度木空间结构可分为网格结构、张拉结构 2 种。

1.2.1 网格结构

网格结构由许多形状和尺寸都标准化的杆件与节点组成，它们按一定规律相连接形成空间网格状结构。研究表明，网格结构中，杆件主要承受轴力，所以容易做到材尽其用，节省材料，减轻自重。具体来说，网格结构又可以分为“网架结构”与“网壳结构”。其中，网架的外观呈平板状，主要承受整体弯曲内力；网壳的外观往往呈曲面状，主要承受整体薄膜内力。

1）木网架结构

木网架结构是由多根木杆按照一定规律组合而成的网格状高次超静定空间杆系结构，总体呈平板状，与钢网架结构十分类似。在节点处一般使用钢板将木杆相互连接。该结构体系具有空间刚度大、构件规格统一、施工方便等特点，多用于公共建筑。

西班牙拉科鲁尼亚大学体育馆及意大利阿戈尔多文化中心（图 1.3）的结构木杆为胶合木方管或方形截面，前者通过螺栓与球状钢节点连接，后者通过螺钉、销钉等连接件与内插节点板连接。

2）木网壳结构

木网壳结构是将杆件沿着某个曲面有规律地布置而组成的空间结构体系，其受力特点与薄壳结构类似，是以“薄膜”作用为主要受力特征的，即大部分荷载由网壳杆件的轴向力承受。由于它具有自重轻、结构刚度好等一系列特点，可以覆盖较大的空间。不同曲面的网壳可以提供各种新颖的建筑造型，因此也是建筑师非常乐意采用的一种结构形式。木网壳依据其网壳层数、几何形状、杆件分布形式等，可以细分为多种网壳形式，该处不做赘述。

德国的曼海姆多功能厅［图 1.4（a）］由著名建筑师弗雷奥托于 1974 年设计完成，并作为当时世界上最大的自立式自由曲面木网壳结构，至今仍广为称赞。其结构由二维平面双向交叉网格通过弹性弯曲变形形成无抗剪刚度的双曲率壳体空间结构，并通过第三方向杆件约束或固定连接节点的方式来使结构固定。它的基本单元不是相邻两个节点之间的短直线段，而是贯通整体跨度的长板条。这些板条通常在工厂采用指接拼接成一定长度，再在现场使用胶合工艺达到需要的长度。国内有学者也将其称为“可延展预应力网格结构”。

美国塔科马穹顶［图 1.4（b）］于 1980 年建成，直径达 162m，建筑物最高处达45.7m，由三角形木网格组成，主要构件采用弯曲性，通过钢夹板节点连接，用木檩条支撑屋面。其抗震性能很好，2001 年发生的 6.8 级地震没有对其主要结构造成损伤。

1.2.2 张拉结构

木空间张拉结构是指木构件与施加预拉力的钢拉杆或索、膜配合形成的结构体系。这种结构体系充分利用了木材抗压性能好和钢材抗拉性能好的优点，使结构材料更省、跨度更大、造型更丰富。具体来说，木空间张拉结构又可以分为木悬索结构、木张拉整体结构等。

1）木悬索结构

木悬索结构以木结构作为钢悬索的支承，外荷载通过索的轴向拉伸传递到木拱上，再由木拱传递到基础。合理的悬索结构有较好的抗风和抗震能力，对木拱可能发生的变形有很好的适应性。例如日本白龙穹顶［图 1.5（a）］落成于 1992 年，中心采用胶合木拱作为悬索的支撑结构，平面规模为 50m×47m，最高处达 19.5m。

2）木张拉整体结构

木张拉整体结构是木材作为体系中的压杆，配合施加了预应力的钢索形成结构刚度。该体系初始预应力的值对结构的外形和结构刚度的大小起决定作用。例如日本天城穹顶［图 1.5（b）］的撑杆采用木杆，通过刚节点与拉索连接，采用膜材覆盖，有轻盈精致之感，跨度达 54m，矢高达 9.3m。