下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
古代空间结构主要以砖、石等材料筑成的拱式穹顶为主，例如公元前 14 年建成的罗马万神殿，采用直径 43.5m的半球面砖石穹顶；我国明洪武年建成的南京无梁殿，采用跨度 38m的柱面砖石穹顶。真正意义上近现代空间结构的发展尚不足百年，近代以来，随着社会经济的发展，人们对开阔空间和开阔场所的需求不断增加，如各类科教文娱场馆、体育场馆、会展中心、机场航站楼、大型工业厂房等建筑的兴建，三维受力、材料节省、造价低廉的大跨度复杂空间结构正是这类建筑的最佳选择。复杂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，复杂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以成为合理的选择。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。
大跨度复杂空间结构受力合理、自重轻、造价低、结构形体和品种多样，是建筑科学技术水平的集中表现，因此各国科技工作者都十分关注和重视大跨度空间结构的发展历程、科技进步、结构创新、形式分类与实践应用。近现代以来，复杂空间结构从材料上主要可以分为：钢筋混凝土、钢材、铝合金、索膜、木材等各种类型；从结构体系上主要可以分为：刚性空间结构、柔性空间结构、刚柔性组合空间结构三大类。从国际上看，近代空间结构主要以 20 世纪初叶的薄壳结构、网架结构和悬索结构为主要标志；20 世纪末叶（约 1975 年后）后为现代空间结构，其主要标志为索膜结构、张拉整体结构、索穹顶结构等的大范围应用。董石麟以组成或集成空间结构基本构件（亦即板壳单元、梁单元、杆单元、索单元、膜单元）为出发点，将国内外的空间结构划分为 38 种具体的结构形式，按单元组成分类，并进一步以分类总图来表示。
中国的复杂空间结构在近 60 年间以不可阻挡之势迅猛前进，其所蕴涵的是中国经济规模不断扩张和工业化步伐的加快，特别是改革开放以来，这种趋势变得更加明显。在这期间，空间结构走向科技产业化，建立了强大的生产体系。从网架开始，以后向网壳、重钢、膜结构、板材和索制品等方面拓展，目前全国已有上百家从事与空间结构有关的企业，成为建筑业的一个新兴行业，由于生产的需要，培养了一支熟悉空间结构设计与施工的队伍。复杂空间结构的发展推动了技术进步。近年来在中国开展了大量的理论与试验研究，除了解决工程中的实际问题外，也重视更为基础性的理论问题。在此过程中，像设计理论与制造的计算机化、配套标准规程的制定、以小型机具或设备安装大型结构、钢结构制造和焊接工艺的革新等，都是一些重要的成就。
纵观当前世界各国的发展趋势，复杂空间结构将向跨度更大、外形更复杂的方向发展。建筑物的跨度取决于需要与可能。就需要而言，大型体育馆、飞机库有 200m也足够了；就可能而言，还取决于经济实力，国家富裕了就能营造更大跨度的空间。然而，也不必追求无谓的“大”，在现代技术条件下，大跨度的纪录是很容易被打破的，真正有意义的大跨度在于其技术含量。在世界性“自由形式设计”浪潮的冲击下，复杂空间结构的形状显得更加多变，已不拘泥于传统的几何形状，而是随着建筑师的想象力描绘出新奇的画面。这种变化对结构工程师说来并非难题，通过计算机完全可以解决。然而对于中国设计者最重要的是概念设计。只有通过建筑师和工程师的密切配合，才能找到完美的结构形式，而这种形式是真正发掘出结构新材料或结构新体系的潜力。
复杂空间结构技术发展趋势涵盖以下几个方面：
（1）新材料：不锈钢、铝合金、钛合金、高强索、高分子膜材、玻璃等。新型建筑材料的结构应用包括新型材料的应用，新材料力学特性的应用，耐久性的评估。
（2）新结构：各种新型的结构形式出现，基于结构拓扑和形状的优化设计。
（3）新理论：大跨度风敏感结构的风致振动响应，超长结构的多维多点地震分析，缺陷敏感结构的稳定性研究。
（4）新技术：适合新型复杂空间结构的分析软件，精美的建筑构件、节点等产品。
（5）新需求：结构全寿命检测和监测技术。
上海天文馆（上海科技馆分馆）项目不仅是作为先进的天文科技普及展示场所，同时天文馆建筑本身也融入于天地之间的天文现象展示。该工程实例通过国际征集建筑方案获得社会的好评和有关部门的确认，但要最终实现其设计效果面临诸多困难，如大悬挑、倒转穹顶、球幕影院球体、悬挂弧形步道等的设计与施工。本书主要介绍其中的关键技术难题，为项目的顺利实施提供技术指导，为类似项目提供相关的技术和人才积累，具体需要解决以下几方面难题：
（1）复杂空间结构舒适度控制技术的研究与应用。
（2）异形曲面混凝土壳体结构的设计及施工技术研究与应用。
（3）特殊节点构造的研究与应用。
（4）特殊部位风荷载模拟技术的研究与应用。