大跨度空间结构选型与设计

大跨度空间结构选型与设计概述综

述设

计体系分类分析与设计全面认识大跨度钢结构体育场体育馆大悬挑大跨度力流转化手段建筑效果图实物结构图纸分析与设计方法施工配合吊装施

工结构图纸大跨度空间结构选型与设计时间课程内容授课目的授课角度包括发展历程、应用领域、结构体系分类与选型、结构分析方法与设计手段等。了解大跨度屋盖钢结构的特点；掌握结构体系的分类与选型要点；了解设计流程和分析方法。对全面的了解，更多从结构形式和分类的角度进行讲授。第一讲（2小时）中场休息10分钟8月7日大量工程案例的归纳总结，并提炼力学原型，更多从结掌握结构形式与力流传递的关系。

构概念和感性认识的角度进体育场挑蓬钢结构概念设计与工程实践了解力流转化的途径和方法；第二讲（1小时）行讲授。问答环节20分钟掌握典型大跨度结构的设计流程

从建筑效果图到结构图纸的典型大跨度屋盖结构的分析与设计（主题馆、绍兴、常熟）和各阶段的分析设计要求；了解这类特殊结构的设计思维和

和分析方法的理性角度进行工种配合特点。

讲授。中场休息10分钟实现过程，更多从设计流程第三讲（2小时）8月14日了解出图之后的后续配合工作，

从结构图纸到结构实物的实如深化设计配合、施工吊装、施工

现过程，更多从设计对施工第四讲（1小时）施工配合系列张拉、焊接质量控制等。的配合的实践角度进行讲授。问答环节20分钟大跨度空间结构选型与设计1

大空间建筑概述结构体系与结构构思分析方法与分析手段23大跨度空间结构选型与设计1

大空间建筑概述2结构体系与结构构思3

分析方法与分析手段1.

大空间建筑概述1.1

大空间建筑发展历程大空间建筑应用领域1.21.

大空间建筑概述1.1

大空间建筑发展历程古代空间结构砖石材料革新建筑材料经历了从砖石，到混凝土、钢材和膜材，最终推进到拉索、碳纤维等高强材料的演变过程。砖石近代空间结构混凝土、钢材膜材混凝土钢材膜材现代空间结构高强材料拉索碳纤维1.

大空间建筑概述1.1

大空间建筑发展历程技术革命分析手段施工技术屋盖滑移现场CADSAP吊装BIMANSYS张拉膜材索穹顶施工张拉1.

大空间建筑概述1.1

大空间建筑发展历程建筑结构的历史，也是材料革新和技术创新发展进步的历史。材料革新空间结构体系的发展技术创新1.

大空间建筑概述1.1

大空间建筑发展历程空间结构年代划分图古代空间结构近代空间结构现代空间结构192519751.

大空间建筑概述1.1

大空间建筑发展历程充气膜结构索膜结构薄壳结构网架结构网壳结构悬索结构拱架结构桁架结构张弦梁结构索穹顶结构弦支网壳结构斜拉网格结构树状结构拱券式穹顶多面体空间刚架结构古代空间结构

近代空间结构

现代空间结构罗马万神庙罗马奥运会小体育馆

大阪世博会美国馆上海万人体育馆瑞雷比赛馆塞金纳伯特拱桥水晶大教堂法赫德国王国际体育场上海浦东国际机场T1、T2航站楼佐治亚穹顶光丘穹顶杭州黄龙体育中心体育场水立方1.1

大空间建筑发展历程古代空间结构罗马竞技场意大利公元78年以厚实的砖石墙、半圆形拱券、逐层挑出的门框装饰和交叉拱顶结构为主要特点。平面近似呈椭圆形，长轴长约188m，短轴长约156m。罗马万神庙意大利公元128年穹顶直径43.2m。设计中，将作为模板的砖砌成环状，在其空隙中浇筑混凝土。采用宽达9m的梯状扶壁抵抗穹顶水平推力。1.1

大空间建筑发展历程古代空间结构圣索菲亚教堂土耳其公元537年由石材与砖砌筑而成，石拱直径31m。两对巨大的扶壁和连续的半圆形穹隆在空间上成功解决了中央大穹顶的水平推力问题。圣母百花大教堂

意大利1436年八角形尖顶穹顶直径42m，其外侧主要对抗严酷的气候条件，内侧起到展示庄严内部空间的作用。建造过程中，地面不设脚手架，采用砖模工艺。1.1

大空间建筑发展历程古代空间结构圣彼得大教堂意大利1589年穹顶直径42m，离地120m。由砖石砌成的砌体结构，利用平面圆形的优势，减小了内壳的厚度，取消了环拱，减小了纵肋。无梁殿南京1381年整座建筑采用砖砌拱券结构，由于不设木梁，不用寸钉片木，故又称“无梁殿”。无梁殿东西向并列3个拱券，中间的拱券跨度11.5m，净高14m。1.1

大空间建筑发展历程近代空间结构罗马奥运会小体育馆

意大利

1957年屋顶最高处21m，穹顶直径52m，采用钢筋混凝土薄壳结构。薄壳由沿圆周布置的36根Y形混凝土斜柱支承，斜柱的侧推力由地下的预应力基础受拉环梁平衡。阿特兰教堂乌拉圭1960年曲面墙和壳体屋顶在同一个水平面交接，墙壁和屋顶都呈波浪起伏状，最大跨度60m。整个建筑依靠其几何形状而不是材料的构造厚度来获得足够刚度。1.1

大空间建筑发展历程近代空间结构曼海姆联邦园艺展览会主场馆德国1975年开创了方形网格薄壳的先河。建筑内部没有柱和梁，而是将木条“编织”成的连续网壳罩在基底上，最大跨度60m。采用双层构造的方法增加结构稳定性。上海万人体育馆

上海1975年圆形平面的三向网架，屋顶网架跨度直径110m，厚6m，采用圆钢管构件和焊接空心球节点。1.1

大空间建筑发展历程近代空间结构瑞雷比赛馆美国1952年落地交叉拱支撑双曲预应力索网结构。建筑周边为间距2.4m的钢柱，由钢筋混凝土曲梁将支柱联系起来。建筑平面近似呈椭圆形，长轴97m，短轴92m。慕尼黑奥林匹克体育场

德国

1972年屋面采用索网结构，8根主桅杆悬吊的索网屋面只覆盖体育场的一侧。屋面每个局部都呈马鞍形曲面，上覆亚克力板，内部光线充足且柔和。1.1

大空间建筑发展历程现代空间结构佛山世纪莲体育场佛山2007年佛山世纪莲采用交错式索桁架结构，外环直径310m，内环直径125m。其索桁架系统由脊索、谷索、中间径向索、内环索、悬挂索、膜面支撑索与分叉索构成，体育场外缘设置高差20m的上下压环。上下径向索通过刚性撑杆撑开，布置于内拉环与上下外压环之间，构成屋面主体结构。东京体育场日本

1988年日本第一个依靠空气压力支撑的穹顶，建筑平面为方形带圆抹角，边长180.6m。采用室内超压膜结构，屋顶（包括钢索）在内，平均重量0.142kN/m2。1.1

大空间建筑发展历程现代空间结构韩国奥运会体操馆韩国1988年直径120m，主体结构为下部支承结构和索穹窿。屋盖结构的突出特点是没有形成三角形网格，而是经纬分格的肋环形布置。美国佐治亚穹顶美国1996年平面尺寸为240m×192m，采用三角形分割的索穹顶。在几何上更容易构造出椭圆形的平面。在结构受力上，冗余度高，稳定性好。1.1

大空间建筑发展历程现代空间结构上海浦东机场T1航站楼

上海

1999年采用张弦梁结构。张弦梁上弦为圆弧形，下弦为折线形，腹杆平行布置。腹杆上端以销轴与上弦相连，下端通过特殊设计的索球与钢索相连。上海浦东机场T2航站楼

上海

2008年波浪形钢屋盖，平面尺寸414m×217m，采用Y形斜柱支承的多跨连续张弦梁。上弦为五跨连续的变截面箱梁，下弦为单根屈服刚度550MPa的钢棒。1.1

大空间建筑发展历程发展趋势探索建筑材料的革新绿色建筑的崛起屋面立面一体化结构形式杂交化结构布置单层化结构构件巨型化1.1

大空间建筑发展历程发展趋势探索——建筑材料的革新上海世博会越南馆上海2010年采用竹子作为主要材料。将竹子用于拱形结构，创造出波浪感的表皮形态。垂直的竹柱创造出一个线性的空间，让人感到仿佛置身于竹林一般。上海世博会英国馆上海2010年由亚克力管组成的展馆。白天，亚克力管像光线的导管一样，将阳光引入场馆内部；夜晚，亚克力管一侧的LED灯使场馆亮起来，构成一幅流动的画面。1.1

大空间建筑发展历程发展趋势探索——绿色建筑的崛起上海自然博物馆上海

在建是国内三大自然博物馆之一，为绿色建筑三星级设计标识。采用绿化屋顶外墙、地源热泵、雨水回收、太阳能回收的配套功能。同济设计院办公楼上海

2011年以建筑改造替代建筑重建，既避免了拆除原有建筑导致的混凝土处理，又减少了新建建筑材料。采用太阳能光伏发电板，每年减少CO2排放量566t。1.1

大空间建筑发展历程发展趋势探索——屋面立面一体化东方跳水池上海

2011年建筑造型为月牙形。为配合该建筑造型，结构方面中采用18榀形状相似的悬臂钢桁架，沿斜置的椭圆环排列，彼此通过横向杆件及拉索连接成稳定的整体。济南奥体中心体育场济南

2009年运用柳叶作为母题，轻柔飘逸，大自然中单片柳叶的两个折面与叶脊的结构形态启发了外部维护单元与屋面罩棚所形成的连续空间折板体系。1.1

大空间建筑发展历程发展趋势探索——结构形式杂交化伦敦碗英国

2012年屋盖挑篷采用A形柱支承外压缩环桁架，内张力环采用索，其间辐射布置双层径向索形成索网，屋面覆盖PVC膜材。A形柱立在内拉力环索上，设后稳定索和环向稳定索。华沙国家体育场波兰2011年屋盖呈椭圆形，长轴长314m，短轴长280m，屋盖悬挑长度85m。屋盖采用轮辐式索桁架结构，上覆膜材。1.1

大空间建筑发展历程发展趋势探索——结构布置单层化上海世博会世博轴

上海

2010年在全长1045m、宽约100m的世博轴上，13根大型桅杆、数十根斜拉索和巨大的幕布巧妙组成了中国第一、世界罕见的索膜结构建筑。深圳大运会中心体育场

上海

2003年为了与周边绵延起伏的山地景观相呼应，体育场采用单层折面空间网格结构，体育场整体由20个形状相似的单层结构单元通过空间作用联系在一起。1.1

大空间建筑发展历程发展趋势探索——结构构件巨型化东胜体育场鄂尔多斯

2011年东胜体育场采用巨拱斜拉桁架体系，设计了一个跨度330m，高度129m的巨拱，通过23组斜拉索，拉住桁架屋面。巨拱采用四管桁架结构，形似草原弓箭，是此体育场的最大亮点。韩国济州体育场韩国2001年挑篷采用巨型独立桅杆式斜拉结构。6根梭形巨型桅杆柱沿场边周圈布置，并向后倾斜，每根桅杆设置成组的拉索斜拉屋面，并设置两根平衡索，直接锚固于地面。1.

大空间建筑概述1.2

大空间建筑应用领域大空间建筑应用领域火车站站房会展中心体育场体育馆火车站雨棚机场航站楼游泳馆大剧院博物馆美术馆客运中心自行车馆体育建筑交通建筑文化建筑1.2

大空间建筑应用领域体育建筑1.2

大空间建筑应用领域体育建筑国家体育场“鸟巢”

北京

2008年平面投影成马鞍形，长轴方向最大尺寸332.3m，短轴方向最大尺寸296.4m。采用交叉平面桁架体系，主桁架围绕屋盖中部的洞口呈放射形布置。南通奥体中心体育场南通2006年我国第一个采用巨型活动开启式屋盖的体育场，东西向最大跨度278m。固定屋盖采用拱支单层网壳，活动屋盖采用周边加强的单层网壳结构。1.2

大空间建筑应用领域体育建筑南京奥体中心体育场

南京2004年平面为直径242m的圆，屋盖结构体系是由与水平面成45°倾斜、跨度372.4m的三角形变断面钢桁架拱和马鞍形罩棚结构组成。蔚山体育场韩国2002年平面投影呈切角四边形，桅杆后倾，平衡索不落地，而是通过撑杆转换力流连接于看台大柱后侧；在屋盖较低部分设抗风索，保证屋盖钢结构在风荷载作用下的稳定。1.2

大空间建筑应用领域体育建筑北京大学体育馆北京2007年水平投影为93.2m×72m的矩形。屋盖结构采用“柔性”拉索与“刚性”空间桁架通过撑杆连接而成的预应力张拉空间桁架壳体。济南奥体中心体育馆济南2009年南北向长约220m，东西宽约168m。体育馆屋盖采用弦支穹顶结构。弦支穹顶由上部凯威特型和葵花型混合布置的单层网壳及下部肋环型布置的索杆张拉体系组成。1.2

大空间建筑应用领域体育建筑济宁文体中心游泳馆

济宁2012年屋盖主体呈现连续折板形态，以纵向中轴对称，采用张弦梁结构体系。屋盖纵向长度195m，横向最大宽度102m。侧部六边形蜂窝立面下包至室外地面，与屋盖主结构连成整体。常熟体育馆常熟2012年常熟市体育馆建筑造型呈海螺状，体育馆由比赛馆、训练馆和周围幕墙主框架三部分组成。比赛馆屋盖呈切角扁平球壳，采用弦支穹顶结构体系。训练馆呈外端落地的空间异形壳面形态，采用平面桁架结构体系。比赛馆和训练馆壳面相切，在分缝部位平滑过渡。1.2

大空间建筑应用领域交通建筑1.2

大空间建筑应用领域交通建筑广州南站站房广州2010年站房屋盖东西向长468.8m，南北宽220m。屋盖短跨方向采用三角形钢桁架作为主梁，长跨方向采用索拱体系，中央采光带采用拉索加劲的单层筒壳体系。大连北站站房大连2012年屋盖主结构为正三角形立体空间桁架体系。对每榀主桁架利用3根平行高强拉索进行张拉，下部设置2对V形撑杆，解决了撑杆平面外稳定问题。1.2

大空间建筑应用领域交通建筑兰州西站站房兰州在建站房屋盖呈“几”字形，矢高10.65m，横轨方向长380m，顺轨方向宽236m。采用“钢管混凝土柱+管桁架+实腹钢梁”结构体系。福州南站雨棚福州2010年雨棚呈三跨连续拱状，拱矢高3.5m。雨棚平面投影顺轨方向长450m，垂直轨道方向长163m，采用柱顶分叉斜撑支承的三跨连续张弦梁结构体系。1.2

大空间建筑应用领域交通建筑深圳北站雨棚深圳2011年单侧长273m，宽132m。整个雨棚是由14m×21.5m网格构成的双向连续多跨空间结构。每个基本网格单元均采用四边形环索弦支空间结构体系。珠海站雨棚珠海2012年雨棚平面投影东西方向长567m。采用箱型拱梁+人字柱+拉索的结构体系。通过索的预应力，有效减小了跨中正弯矩，提高了结构竖向刚度。1.2

大空间建筑应用领域交通建筑首都机场T3航站楼北京2007年南北方向长约955m，东西方向宽约773m。采用变厚度双曲面三角锥网壳结构体系，在网壳边界设置空间桁架。整个屋盖由136根梭形钢管柱支承。昆明长水机场航站楼昆明2012年长水机场的代表性结构为航站楼中央大厅的7条形似彩带的钢箱梁，寓意“七彩云南”。这七条彩带状的钢箱梁连同188根锥形钢管柱、738根幕墙柱及12根T型柱组成了昆明长水国际机场航站楼主体钢结构工程，共同支承屋面网架结构。1.2

大空间建筑应用领域文化建筑1.2

大空间建筑应用领域文化建筑上海世博会主题馆上海2009年东西向总长300m，南北总宽200m。屋盖结构为跨度达270m的四跨连续张弦桁架结构。建筑挑檐外挑18.9m，设置人字形立柱作为挑檐的支承结构。绍兴山水馆绍兴

在建水馆长度为228m，横向最大宽度为137m，采用钢桁架弦支穹顶组合网壳结构。山馆上方椭圆长轴80m，短轴50m，下方椭圆长轴160m，短轴最宽处110m，采用钢桁架叠合穹顶组合网壳结构。1.2

大空间建筑应用领域文化建筑三亚美丽之冠文化会

三亚展中心2003年平面类似椭圆形，长轴直径106m，短轴直径92m，采用骨架式索膜结构。该索膜结构可分为三部分：悬索膜结构、皇冠膜结构和悬垂膜结构。国家大剧院北京

2007年椭圆形壳体，东西方向长轴212.20m，南北方向短轴143.64m。采用空腹网壳结构体系，壳体由设置在地面以下的钢筋混凝土环梁支撑。1.2

大空间建筑应用领域文化建筑首都博物馆新馆北京

2005年屋盖东西方向长168m,南北方向长89m，采用钢桁架+局部网架结构。屋盖的四角为双向悬挑结构，最大悬挑长度21m，悬挑部分采用平面圆管桁架。广州歌剧院广州2010年歌剧院平面投影长135.9m，宽128.5m；多功能剧院平面投影长度和宽度分别为88m和62m。采用空间折板式三向斜交单层网格结构。大跨度空间结构选型与设计1

大空间建筑概述结构体系与结构构思分析方法与分析手段232.

结构体系与结构构思2.12.22.3建筑造型与结构构思大跨度空间结构体系分类大跨度空间结构常用体系概述2.4

新型结构体系展望2.

结构体系与结构构思2.1建筑造型与结构构思作为一种视觉符号，结构造型是建筑识别的重要因素。造型与形式不同，它更容易塑造艺术内涵，引发想象。建筑设计要通过结构来实现，结构形式和材料的应用对于建筑空间、体量和造型起着决定性作用。结构既能完全隐藏于建筑形态之内，亦能变成建筑形态本身，体现自身力与美的完美结合。结构体系选型与结构构思需要建筑师与结构工程师的良好沟通，一个好的建筑作品，是建筑艺术和结构艺术的融合体。构思伊始，体系选型与结构布置一定是符合建筑的性质的。然而，过去建筑师往往只考虑建筑的最终态，把结构的体系选型与分析设计工作完全交给结构工程师，造成结构形式与建筑表达之间的落差或矛盾，甚至出现过分放大结构的表现效果致使美感丧失。随着时代的发展，建筑师逐步意识到结构本身的客观存在是不随建筑表象而改变的，所以衍生出一大批融入了结构美的建筑作品，或明或隐的展现结构之美，为结构体系选型提供了一个良好契机，使得结构构思变得开放化和多元化。2.

结构体系与结构构思2.1建筑造型与结构构思——经典案例解读上海世博会世博轴上海2010年世博轴是一个超大尺度的商业交通综合体，功能的复杂性与形象上的标志性诉求都给设计与建造带来挑战。世博轴是拥有巨大的索膜结构、阳光谷以及超大型节能系统的巨构建筑，设计时坚持将“人、自然、技术”和谐相处的理念渗透其中。阳光谷为斗形单层网壳钢结构，上表面覆盖玻璃幕墙，整体通透；索膜结构屋顶采用多单元连续结构，由索桅分隔支承的三角倒锥形膜单元构成国际上最大的膜结构。上海浦东机场T2航站楼上海2008年上海浦东机场T2航站楼以连续大跨度的曲线钢屋架为主要造型元素，构成了T2航站楼的建筑主旋律。暴露结构体系，舍弃繁复装饰，体现朴素典雅的审美情趣，通过精心设计的结构构件的比例、尺度和细节，使之成为可以与使用者对话的重要建筑语汇。航站楼主体高度13.600m以上的大空间采用18m开间树状钢立柱，连续梁在波谷处闭合，波峰处张开，波峰段仍采用刚柔结合的张弦体系，波谷段采用刚性的箱型实腹梁，开合有致。2.

结构体系与结构构思2.1建筑造型与结构构思——经典案例解读国家大剧院北京2007年国家大剧院以其独特的构思、非凡的想象，把一个超前的建筑物展现在世人面前。特别是大剧院中心建筑——水上明珠的建筑造型，以超级椭球体的屋盖形式，体现了建筑艺术与结构艺术的完美结合。大剧院钢结构为一个巨大的椭球体，屋盖由径向和环向的钢结构杆件组合屋盖壳体，即使透过透明的玻璃也可以看到结构的建筑美感。深圳宝安体育场深圳2011年深圳宝安体育场的设计灵感来源于具有华南地区风情的竹林场景，在重现地域特色的同时，“竹林”还构成了看台以及大跨度屋面的结构支撑系统。建筑的外表皮将建筑立面、主体结构及所运用的象征性建筑语汇整合为一个极具表现力的整体，修长的钢柱在光影中参差交错，如同抽象放大的竹枝，赋予建筑以竹林的形象。2.

结构体系与结构构思2.1建筑造型与结构构思——经典案例解读雅典奥运会及残奥会主体育场雅典2004年雅典奥运会及残奥会主体育场反映了卡拉特拉瓦的典型设计理念，该作品具有强烈的新古典主义色彩。整个体育场在原有露天看台上方重新增设新型屋盖，屋盖结构由两片半边屋顶组成，每片屋盖在结构纵向均设置了跨越整个看台的落地大拱，其跨度304m，高85m。巨大的拱形管通过缆索与其下部拱形扭管连接在一起，形成拱形整体结构。里斯本东方车站里斯本1998年东方车站体现了卡拉特拉瓦早期建筑理论和设计思想。整个火车站采用非常实用的巨型平面布局，将各种复杂的交通方式统一于一个整体之中。火车站站台上的屋顶看上去就像一层浓密的树冠，给人以无限的遐想。对于这种树冠状的屋顶形式，卡拉特拉瓦在以前的设计中也曾用过，如多伦多的BCEPlace等。在东方车站这个项目中，卡拉特拉瓦将由钢和玻璃构成的“树”按17m的网格布置，整体布局就像一个果园，人们可以将这个异常宏伟的结构体系联想成一片气势雄伟的森林。2.

结构体系与结构构思2.1建筑造型与结构构思——经典案例解读密尔沃基艺术博物馆美国2001年密尔沃基艺术博物馆的设计主题是印象和情感。这是卡拉特拉瓦的作品中最具代表性，能够体现丰富性和复杂性特点的作品。卡拉特拉瓦将特定的周边自然环境与人文环境作为方案设计的出发点。在设计中，卡拉特拉瓦将原有的建筑作为一个完整的独立部分，而新建的建筑临近湖边，这一特定的环境特征又给他的创作带来灵感——以能够在水上运动的物体的形状作为建筑的基本形体。建筑色彩和材料的选用使建筑的外形看起来像一艘轮船。更重要的是，建筑的外形是巨大的折叠结构，并带有可开启、闭合的百叶，整个屋面看起来就像一只大海鸥。通向博物馆的桥靠一根倾斜的桅杆吊拉着，给人一种海上轮船的感觉，而这一设计手法来源于他早期的桥梁设计。2.

结构体系与结构构思2.1建筑造型与结构构思——经典案例解读法赫德国王国际体育场沙特1985年法赫德国王国际体育场如巨大花朵般被环向组织起来的白色帐篷顶映衬着周边沙漠的广袤，并向人们描绘着物理学法则的力与美，同时也让人们想起阿拉伯游牧民族贝督因人的帐篷。它是一个由桅杆和索缆组成的、明确的自给自足的主承重结构，以及一个在其内部的、独立的次承重结构。南非德班体育场南非2009年工程师将功能、结构形式以及特定的地理位置综合考量，打造了一个独一无二的建筑综合体。因为需要建造一座高大的结构，所以施莱希·贝格曼及合伙人工程设计事务所（SchlaichBergermannundPartner）的工程师们在体育场上方设计了一座高高的钢结构拱架。屋顶从拱架处悬挑出来，并采用了轻盈、半透明的张拉膜结构，现代化的建造技术使该项工程的实现成为可能。2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类国内外空间结构蓬勃发展，建筑造型新颖，形式种类繁多。在我国国内，从事大跨度空间结构的研究主要有以下团队，每家各有所长，分类不一。浙江大学——董石麟团队华南理工大学——王仕统团队东南大学——郭正兴团队中建国际设计顾问有限公司——傅学怡团队中国航空工业规划设计研究院——葛家琪团队中国建筑西南设计研究院——冯远团队清华大学——郭彦林团队天津大学——陈志华团队同济大学建筑设计研究院——丁洁民、张其林团队其他团队2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照结构构成分类目前常用的大跨度空间结构体系的分类方法主要有按结构构成分类、按受力特点分类、按构件单元分类和按力学准则分类，共四种分类方法。（1）按结构构成分类（传统分类方法）通常将空间结构按形式分为五大类，即薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构和膜结构，称为五大空间结构。在五大空间结构的基础上,

平板型的网架结构和曲面型的网壳结构可合并总称为网格结构，而悬索结构与膜结构也可合并总称为张拉结构。这样，所有的空间结构又可归纳为三大空间结构，即薄壳结构、网格结构和张拉结构。2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照结构构成分类薄壳结构网架结构网壳结构悬索结构膜结构2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照受力特点分类按照空间结构的受力特点来划分，大跨度空间结构体系可分为刚性空间结构体系、柔性空间结构体系和杂交结构体系。2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照受力特点分类2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照受力特点分类2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照构件单元分类董石麟院士在《中国空间结构的发展与展望》一文中提出了按照空间结构的基本单元进行划分的方法，并对目前工程应用中的空间结构进行了分类。采用按板壳单元、梁单元、杆单元、索单元和膜单元等五种单元组成来分类，空间结构按基本单元组成分类具有鲜明的直观性、实用性、包容性和开放性四大特点，它不仅可确知各种形式空间结构的组成，而且可初步框定利用哪些计算方法和程序进行结构分析。它不仅可包络当前所有各种形式的空间结构，而且也可包容、囊括今后开发和创造的新型空间结构。2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照构件单元分类2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照力学准则分类王仕统教授在《简论空间结构新分类》一文中基于力学准则和结构理论，提出按结构空间矢量传力将空间结构分为轴力结构和弯矩结构。（1）轴力结构——即屋盖空间结构，是一种由于形状而产生效益的结构，因此它又叫形效结构。屋盖空间结构有三大特点：曲面空间状（有封闭边缘构件）、轴力结构、用料很经济，主要有薄壳、网壳、弦支穹顶等；（2）弯矩结构——包括屋盖弯矩结构和三维空间结构（如高层结构、高耸结构），以承受弯矩为主。屋盖弯矩结构主要有梁、板、桁架、刚架、张弦梁、网架等。2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——按照力学准则分类一维传力二维传力张弦梁张弦梁平面桁架弯矩结构网架轴力结构三维传力格构式壳——网壳弦支穹顶2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——结构体系选型评价陆赐麟教授在《钢结构》2009年第12期的《用科学标准促进钢结构行业健康发展》一文中提出专业知识是科学标准的依据，结构体系的正确性与资源效益的最大化程度成正比，结构体系的优秀性与g/p成反比，一般是优秀设计：g/p=0.2~0.35；平庸设计：g/p=0.4~0.55；拙劣设计：g/p=0.6~0.7。式中g为结构自重，p为荷载总重（包含结构自重）。可见优秀的设计是以最经济的结构体系实现既定的使用功能。2.

结构体系与结构构思2.2大跨空间结构体系分类——结构体系选型评价王光远院士在《大跨空间结构选型的因素体系模型》一文中提出了影响大跨空间结构选型方案评价的四个目标级影响因素即建筑功能因素、受力性能因素、经济性能因素、施工可行性因素。2.

结构体系与结构构思2.3常用的大跨度结构空间结构体系概述桁架结构网架与网壳张弦结构弦支穹顶斜拉结构2.3

常用的大跨度结构空间结构体系概述桁架结构结构构成特点一般分为平面桁架和立体桁架。由上弦杆、下弦杆、腹杆组成。均属于二维抗弯抗剪体系。结构力学性态弦杆因承担整体弯曲产生的弯矩，而承担轴力，上弦受压、下弦受拉。腹杆因承担整体弯曲中的剪力，而承担轴力。桁架可理解为将“梁”这一典型的受弯构件经过杆系置换后形成的具有离散化特征的结构体系。将横向弯曲作用下实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，力流传递清晰直观。案例一：兰州西站案例一：兰州西站兰州西站屋盖结构横轨方向长380m，顺轨方向宽236m。屋盖呈几字形，矢高10.65m，最高建筑标高39.550m。站房屋盖主结构采用“钢管混凝土柱+管桁架+箱型梁”结构体系。柱网布置：顺轨向共设四排方形钢管混凝土立柱，其中外侧柱宽1.0m，外侧柱宽1.2m，垂轨向基本柱距21.5m。桁架布置：主桁架高2.3m~4.4m，宽2.0m，在边柱柱顶沿横轨道方向布置联系桁架，以承担幕墙荷载、形成纵向联系。次梁布置：由双向桁架将屋盖划分为约21.5m宽的矩形方格，在每个方格内通过布置双向实腹钢梁，划分为6.2m×9m的方格。案例一：兰州西站柱网与主桁架桁架整体结构立面结构整体案例一：兰州西站桁架柱底节点桁架柱顶节点结构温度缝的设置（悬挑）案例二：东方体育中心案例二：东方体育中心案例二：东方体育中心主结构环向联系结构支撑体系案例二：东方体育中心对比方案方案A方案B方案C（最终方案）立面图（悬挑最大榀）柱脚宽度1.7m1.7m2.7m悬挑端挠度（单榀）258mm200mm148mm单榀不成立；单榀抗倾覆能力差；单榀成立，空间作用提受力特点主要依靠空间作用。

主要依靠空间作用和拉索。

供第二道防线。传力不直接；施工复杂；仅一道抗力防线。传力直接；承载安全度提高；对建筑无影响。平衡索影响建筑造型。评价案例三：南通体育场案例三：南通体育场体育场开启体育场关闭案例三：南通体育场体育场固定屋盖设计为拱支单层网壳体系，分别为6道东西向的主拱、介于主拱间的5道不连续副拱（在开口处断开）以及南北向的斜拱；活动屋盖采用周边加强的单层网壳结构；长轴方向为171m，短轴方向为107m。2.3

常用的大跨度结构空间结构体系概述网架与网壳网架受力机理类似于双向或三向交叉梁系，具有三维受力特点。通过连接上、下弦杆的腹杆协调不同方向的多榀桁架共同弯曲来抵抗竖向荷载。腹杆因承担整体弯曲效应产生的剪力而承受轴力。网架可理解为将厚板经杆件置换离散后形成的结构。将竖向荷载作用下厚板内部复杂的应力状态转化为网架杆件简单的拉压应力状态。力流传递清晰直观。相对于桁架结构平面外刚度差的缺点，网架结构的空间刚度大，稳定性较好。网壳对于绝大多数网壳而言，弯矩和剪力是次要内力，即主要承受薄膜应力，依靠壳体的薄膜作用来承载。砼材料抗压强度较高，抗拉强度很小，所以砼壳体对形状要求较高，以充分利用曲面自身的结构性状来充分发挥砼优良的抗压性能。对于钢结构网壳，由于钢材的抗拉和抗压等强。当跨度大矢高小，弯曲应力大时，将网壳设计成双层就可以应付自如，这个优点使得壳体的形态设计具有较大的灵活性。案例一：绍兴金沙山水馆案例一：绍兴金沙山水馆案例一：绍兴金沙山水馆结构体系构思草图案例一：绍兴金沙山水馆水馆结构采用“钢桁架弦支网壳组合网壳结构”

。这是一种较新颖的组合结构形式，借鉴了巨型结构体系的概念，采用“主骨架+次结构”结构形式。径向主桁架与环桁架屋面单层网壳次结构中央弦支穹顶单层网壳中央弦支穹顶拉索与撑杆案例一：绍兴金沙山水馆结构整体模型案例一：绍兴金沙山水馆结构现场照片案例二：国家大剧院案例二：国家大剧院国家大剧院是一个长212m，宽143m、高45m的超级椭球体。上部屋盖结构为一个由径向和环向的钢结构杆件组合屋盖壳体，即使透过透明的玻璃也可以看到结构的建筑美感。2.3

常用的大跨度结构空间结构体系概述张弦结构结构构成由刚性子结构、拉索、撑杆组成。用撑杆连接受压受弯的刚性子结构和抗拉的索，通过给拉索施加预应力，对刚性子结构实施反拱，有效减轻结构负担，增强了结构的承载能力和竖向刚度。同时实现了主动的应力控制和变形控制，并形成自平衡体系。张弦梁刚性子结构为实腹梁或拱。这是最早出现的张弦结构体系，其概念是由日本教授于20世纪80年代首次提出。属于典型的平面受力体系，需通过合理布置支撑体系使各榀张弦梁形成整体以共同工作。张弦桁架刚性子结构为平面桁架或立体桁架。这是对张弦梁中的刚性子结构进行加强而形成的，可跨越更大的跨度并使得刚性子结构得稳定性得以加强，但本质上仍属于平面受力体系。案例一：上海世博会主题馆案例一：上海世博会主题馆案例一：上海世博会主题馆立体桁架撑杆张弦桁架断面图索夹拉索索夹详图案例一：上海世博会主题馆126m跨张弦梁案例二：北京大学体育馆案例二：北京大学体育馆规模达2.5万m2

;最大跨度80m;6000固定坐席

+2000临时坐席;屋面形态设计采用NURBS-

(Non-UniformRational

B-Spline

)技术完成;屋盖结构采用了辐射型张弦桁架壳体。案例二：北京大学体育馆案例二：北京大学体育馆辐射状张弦梁环向支撑体系结构整体交叉支撑案例三：福州南站案例三：福州南站案例三：福州南站结合雨棚下部可提供的支承位置，以及雨蓬波浪式的造型特点，

采用间距12m的三跨连续张弦梁作为主结构单元。刚性上弦由两根间距2.5m的矩形钢管拱梁组成，矢高3m。下弦拉索通过V型撑杆与钢拱梁连接在一起协同抵抗外力。三跨连续张弦梁2.3

常用的大跨度结构空间结构体系概述弦支穹顶典型的弦支穹顶结构是由一个单层网壳和下端的撑杆、索组成。各环撑杆的上端与单层网壳对应的各环节点铰接连接；撑杆下端用径向索与单层网壳的下一环节点连接；同一环的撑杆下端由环向索连接在一起，使整个结构形成一个完整的结构体系。在外荷载作用时，荷载通过上端的单层网壳传到下端的撑杆上；再通过撑杆传给索；索受力后，产生对支座的反向拉力，使整个结构对下端约束环梁的推力大为减小。通过调节拉索的预张力，可以减小甚至消除弦支穹顶对下部支撑结构的水平反力，从而使得弦支穹顶对边界约束的要求降低，也相应提高了结构体系的面外刚度和稳定性。2.3

常用的大跨度结构空间结构体系概述弦支穹顶2.3

常用的大跨度结构空间结构体系概述弦支穹顶肋环型施威德勒型联方型凯威特型三向网格型短程线型案例一：常熟体育馆案例一：常熟体育馆结构体系构成图肋环形单层网壳内、外环桁架案例一：常熟体育馆联方型支撑索撑体系比赛馆弦支穹顶案例二：安徽大学体育馆案例二：安徽大学体育馆案例二：安徽大学体育馆案例二：安徽大学体育馆屋盖结构构成沿脊梁从外到内设置五道环索、周边环桁架中央环桁架斜拉索以及连接脊梁和索的撑杆。斜索的水平分力与环索拉力平衡，竖向分力则通过撑杆对上部结构实施反拱卸载。在采光顶周围以及结构外沿分别设置一道环向空间桁架，以增强结构整体刚度，并协调各区格杆件的变形及受力。环索和撑杆主脊梁撑杆斜索和撑杆斜索拉力抵消支座推力2.3

常用的大跨度结构空间结构体系概述斜拉结构结构构成一般由主承重结构、索、刚性子结构构成。拉索或索杆提供的弹性支承点位于刚性子结构上方，为其提供向上的拉力，以减小结构弯曲作用。案例一：邹城体育场案例一：邹城体育场案例一：邹城体育场前斜索桅杆后斜索主桁架抗风索平衡索平衡索案例二：秦皇岛体育场案例二：秦皇岛体育场体育场局部体育场局部案例二：秦皇岛体育场体育场三维模型案例二：秦皇岛体育场体育场结构单元案例三：寿光体育场案例三：寿光体育场案例三：寿光体育场体育场采用巨型桅杆斜拉结构体系，4根巨型桅杆分别位于体育场东北、东南、西南、西北4个角上，底部采用可自由转向的球形铰支座。从桅杆顶部向屋盖方向悬挂5根钢索，悬吊于屋盖内侧梯形空间钢管桁架上；另一方向采用2根钢索锚入地面，平衡屋盖受力。桅杆主体采用φ2200×30焊接钢管，底部、顶部分别缩径至φ1200×30，内设加劲肋及自锁安全爬梯。2.

结构体系与结构构思2.4新型结构体系展望索膜结构全张拉结构铝合金结构钢木混合结构2.4

新型结构体系展望索膜结构索膜结构以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。除了可实践、创新且美观的造型外,也是最能展现膜结构精神的构造形式.近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。结构体系施工精度要求高，结构性能强，具有丰富的表现力。案例一：上海世博会世博轴案例一：上海世博会世博轴索膜结构体系构成图索膜顶棚采用连续的张拉式索膜结构体系,总长度约840m,

最大跨度约97m,

膜面总投影面积约61000m²,

展开总面积约65000m²,

单块膜最大展开面积约1800m²,

膜面单元一般呈三角形。膜材采用A2级PTFE膜。索膜结构边索单跨最大约80m,

脊索最大跨度约115m,

为大跨度柔性结构。膜顶主要由承重作用的脊索、边索和稳定作用的张拉膜构成,

1根边索、2根脊索和膜形成了三角形为顶面的倒锥台状,

膜面为双向曲面,

膜焊缝主要沿经向放射形布置。整个膜顶支承于外桅杆、内桅杆及阳光谷钢结构上。索膜结构的最高点由26组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成,

最低点由19组内桅杆下拉点、5组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成。内桅杆与外桅杆顶部由水平索连接,

水平索的增设,

协调了内外桅杆的水平位移,

由背索、外桅杆、水平索、内桅杆、外桅杆、背索形成了稳定的结构体系。轴测图案例一：上海世博会世博轴案例一：上海世博会世博轴2.4

新型结构体系展望全张拉结构全张拉结构（又叫轮辐式张拉结构）是在张拉整体结构的基础上根据自行车车轮辐条结构概念提出的，该结构体系具有张拉结构的受力特点，同时克服了张拉整体结构体系复杂、传力不直接和容易形成机构的缺点。这种结构通常屋盖表面覆盖膜材，轻质，美观。研究表明，随着跨度的增加，其造价增加并不多，在大跨度空间结构方面具有很大的优势。该结构体系主要用于容纳3~10万人的体育场、体育馆等大型公共建筑。2.4

新型结构体系展望全张拉结构的分类内凹形外凸形按平面形状分类按屋面形状分类全柔性结构体系半刚性结构体系按结构刚度分类2.4

新型结构体系展望基本体系演变外凸形基本体系内凹形基本体系2.4

新型结构体系展望受力基本原理内凹形外凸形案例一：宝安体育场座位规模：4万。屋面形态：马鞍形，外椭圆237mX230m，罩棚宽54m。建筑面积：总建筑面积：88500平方米（平面245.8X245.8米，高度39.65米）。屋面材料：拉索+PTFE膜材。屋面结构形式：椭圆形马鞍面轮辐式张拉索膜结构。案例一：宝安体育场结构整体单元拆分屋盖结构构成：由36榀索桁架、1道刚性受压环梁和2道柔性环索组成,

整体屋盖属于自平衡结构体系。屋盖结构平面投影外轮廓为230m×237m的椭圆,

内环索122m×129m的椭圆。屋盖结构呈马鞍面,

最高点和最低点高差为9.65m。屋盖结构下方有36根结构柱支承，其中8根为柱脚分叉的A字形柱，整体结构的水平刚度主要依靠A形柱提供。车辐式屋盖结构外侧,

由188根幕墙柱以及1道幕墙环梁形成交错的竹林建筑效果幕墙环梁与屋盖结构受压环梁通过水平径向铰接连杆联系。屋盖结构特点：国内最大环形索桁结构，索类型多、成型过程刚度变化大、成型后索力大；适用于圆形平面，结构单榀无法成立，必须整体张拉受力后才能承载。案例一：宝安体育场场内实景场内实景案例二：崇明自行车馆案例二：崇明自行车馆崇明体育中心自行车馆为椭圆形花瓣折板轮辐式混合张拉结构。屋盖长轴跨度为160m，短轴跨度为136m，中央屋盖椭圆形车轮式锥体屋面，最高处标高为25m，长、短轴跨度分别为60m和50m，柱高28m。案例二：崇明自行车馆结构体系构成组分一：中央屋盖组分二：主体屋盖轮辐式混合张拉结构组分三：外部围护结构主骨架案例二：崇明自行车馆中央屋盖结构布置上径向索中央撑杆下径向索8m中央屋盖为陀螺形圆锥体，结构为自行车轮形的张拉结构，中央撑杆高度为8m，平面为椭圆形，长轴跨度为60m，短轴跨度为50m。上下径向索各18根，上下径向索的拉力在竖向分量相互平衡，同时径向索的拉力传到内拉环上，减小了受拉环的拉力。案例二：崇明自行车馆主体屋盖结构布置内拉环通过径向构件将拉力传到外部结构，形成自平衡受力体系。脊索通过吊索悬挂着下部刚性构件，形成悬挂结构。脊索和下部刚性构件错开排列，构成折面单元，提高了屋面的刚度。脊索吊索谷杆主体屋盖谷杆内拉环案例二：崇明自行车馆斜柱上压环下压环斜刚性杆撑杆外部围护结构主骨架外部斜柱支撑整个屋盖，把屋盖上部荷载传递到下部混凝土看台。上压环承受脊索引起的巨大压力，并将对柱子起到钢箍作用，提高其侧移刚度。下压环承受撑杆传递过来的压力，同时柱子其支撑作用，减小柱子的计算长度。斜刚性杆、撑杆和钢柱形成一个环形空间桁架，使结构形成很强的侧向刚度

。斜刚性杆可以分担上压环一部分拉力，同时承受由风吸荷载引起的压力。斜刚性杆和撑杆构成的立面折板结构用来支撑立面围护结构。案例二：崇明自行车馆建筑与结构模型2.4

新型结构体系展望铝合金结构铝合金结构材质新颖高档，代表世界公共建筑的新方向，铝合金结构强度高，材料重量轻

(仅为钢结构的1/3-1/6)。铝合金结构稳定：独特短程线结构专利设计，稳定性高。结构紧凑，净跨大，最大跨度达300公尺结构强度能适应各种不均衡风载、雪载

结构内部单节点至少可承受50kg以上的吊挂重量；铝合金结构高性价比；耐腐蚀，无需定期维修和防腐处理，永久密封技术和独特设计保证不漏水，良好的隔音和吸音效果。单节点至少可承受50kg以上的吊挂重量，最大内部自承重超过200吨，可直接吊装灯光、音响，无需附加装置。除建造多功能体育馆外，铝合金结构在溜冰场、游泳馆和各种配套商业设施中的应用也相当广泛。铝合金结构在建造游泳馆和溜冰场中可发挥其他材料不可比拟的优势。不同于其他体育场馆，在游泳馆中水汽蒸发很严重，特别是池水中的消毒成分蒸发后会严重腐蚀馆内的其他金属材料，如果游泳馆采用钢结构，势必会影响整个场馆的稳定性。相反，铝合金结构耐腐蚀，可以很好地抵御水蒸气的侵蚀，保护场馆的结构不受损失。案例一：辰山植物园案例一：辰山植物园三个异型体的铝合金壳体结构的玻璃温室以其轻巧透明的特征成为上海辰山植物园的一大亮点，将吸引众多游客的目光。玻璃温室采用铝合金玻璃结构，使用仿生学原理塑造的形体自然、流畅，其晶莹透彻的建筑和绿环融为一体，并且与背景的辰山交相呼应，组成一幅动人的画卷。生态温室建筑由三座不同的大气候罩、一个有顶棚的室外门厅区、办公区和一个地下的设备区组成。总建筑面积21165m2。展馆分为三个展厅，分别展示8个不同的植物展区，建筑面积共12875m2。生态温室建筑高度分别为23m、21m和18m，展开面积约为10000m2、78000m2和4800m2。温室群的建筑形态独特，弧形的大跨度穹顶，结构采用世界上先进的单层空间网格结构，顶为三角形夹层中空钢化玻璃覆盖，轻盈通透。案例一：辰山植物园案例一：辰山植物园案例一：辰山植物园案例二：中国现代五项赛事中心体育场馆屋面采用单层铝合金网壳结构，最大边距126米，为国内同类型屋面结构跨度之最，也是西南地区第一次采用这种屋面结构形式。案例二：中国现代五项赛事中心体育场馆案例二：中国现代五项赛事中心体育场馆场内实景外部实景2.4

新型结构体系展望钢木混合结构木材的质感给人带来温馨的感觉，木结构建筑与冷酷的钢结构相比，具有较强的亲和力。随着集成材的使用（特别是胶合木材的使用）和木结构技术的发展，木材重新作为一种现代建筑材料被广泛的应用。除了在传统的重木结构和轻木结构，木结构在中小型空间结构中也开始应用。案例一：诺华食堂本建筑单体的主体结构由胶合木结构和钢结构组成。其中，内部二层结构为钢框架结构。抗震等级为三级；建筑外包框架为胶合木结构。由于木结构自重较轻，抗震性能优于大部分其它材料，且本建筑单体仅为两层。案例一：诺华食堂案例一：诺华食堂案例一：诺华食堂案例二：加拿大奥林匹克速滑馆案例二：加拿大奥林匹克速滑馆案例二：加拿大奥林匹克速滑馆案例二：加拿大奥林匹克速滑馆案例二：加拿大奥林匹克速滑馆大跨度空间结构选型与设计1

大空间建筑概述结构体系与结构构思分析方法与分析手段233.

分析方法与分析手段3.13.2分析方法的演进设计手段的革新3.1

分析方法的演进软件应用有限元分析要点静力分析抗震分析稳定性分析弹塑性极限承载力分析温度作用分析抗连续倒塌分析节点分析3.1

分析方法的演进软件应用目前空间结构设计的软件主要分为建模软件、通用分析软件、有限元软件和详图深化软件。Rhino3D建模软件CatiaSolidworksSAP2000MIDAS/GEN3D3S通用设计软件MSTCADSTRAN7空间结构设计软件ANSYSMIDAS/FEAABAQUSAutoCADXSTEEL有限元分析软件详图深化软件REVIT3.1

分析方法的演进建模软件建模软件主要分为表皮建模软件和实体建模软件。表皮建模主要用来建筑找形，利用表皮建模软件建筑师可以创造合理美观的建筑造型，并为后期的建筑表面施工定位提供技术参考。实体建模软件主要为结构有限元分析提供建模准备工作。Rhino

3DSolidworks3.1

分析方法的演进通用设计软件通用设计软件是根据各国的建筑设计规范专门开发的，用于进行结构分析的有限元软件。与其他通用有限元软件相比，这一类软件具有系统性和针对性。SAP20003D3S3.1

分析方法的演进有限元分析软件有限元分析软件主要用于补充通用设计软件的分析功能。这类软件含有丰富的单元库和材料库，能够模拟各种材料的受力和变形行为。ANSYSABAQUS3.1

分析方法的演进详图深化软件通过创建三维模型，将钢结构构件和节点的状态通过电脑展现出来，保证钢结构详图深化设计中构件的准确性，同时可方便地生成各种图纸、报表及接口文件，可以服务于整个工程。XSTEELREVIT3.1

分析方法的演进有限元分析要点构件单元选择（1）杆单元（2）梁单元（3）索单元：如果索的节间长度不大，且不承受横向荷载，可通过对拉索初始预应力的控制，确保在任何不利工况下索内应力变化范围均不小于使索刚度明显下降的临界值，计算中可用线性拉杆来替代，精度足够。线性分析与非线性分析（1）线性方法：假设节点位移为无限小量、材料为线弹性、加载时边界条件性质保持不变。对于一般的刚性结构，因结构的非线性特性表现不强烈，基本满足线性分析假定，故可近似采用线性分析方法。（2）非线性方法：本质上讲，固体力学均为非线性。结构分析中，非线性主要表在在几何、材料、边界条件三个方面。对于含有索膜等柔性材料的半刚性结构或柔性结构，由于柔性材料自身的非线性特性对结构几何位形、整体刚度的影响较大，建议在结构分析阶段采用非线性分析方法。（3）平衡路径跟踪技术：屈曲前采用牛顿－拉夫逊方法；屈曲后采用弧长法。3.1

分析方法的演进有限元分析要点弹性分析与弹塑性分析（1）弹性分析满足小应变假定，不考虑材料塑性。对于非强度控制的大跨度结构，在初步静动力分析中可采用弹性方法。（2）弹塑性分析塑性铰法——SAP2000中常用的塑性分析方法，适用型钢构件。有限分割变刚度法有限分割有限元法——ANSYS中常用的塑性分析方法，精确度更高。对于强度起控制作用的大跨度结构，建议采用弹塑性分析方法获得结构真实的极限承载能力，评价整体安全度。3.1

分析方法的演进静力分析内目容：（1）内力分析；

（2）位移分析。的：

了解结构的内力分布、验证结构体系能否成立，并比较结构体系的优劣，为后续的深入分析工作及优化调整提供支持。分析方法：（1）基于连续化假定的分析方法；

（2）

基于离散化假定的分析方法。目前主要采用离散的分析方法。实施手段：

（1）观察变形特点，要求刚度分布合理均匀，无变形奇异处或应力集中处。（2）考察挠度，要求符合竖向刚度控制指标，且有一定安全储备（钢规附录A）。（3）通过参数分析，计算比较来调整优化结构布置。轴力图竖向变形图3.1

分析方法的演进抗震分析分析方法：（1）基于承载力的分析方法静力理论阶段反应谱理论阶段动力理论阶段静力法：动力作用效应=静力作用效应×动力放大系数一致激励动力分析：反应谱法、直接动力分析多点多维动力分析：反应谱法、时程分析法、随机振动分析法（2）

基于性能的分析方法使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡；更强调对实施性能目标的深入分析和论证，更有利于结构创新；有利于针对不同抗震设防要求、场地条件以及建筑的重要性，采用不同的性能目标和抗震措施；目前尚处于初步的理论探索阶段。3.1

分析方法的演进稳定性分析大跨度钢结构失稳类型是否发生塑性变形失稳变形范围弹性失稳整体失稳局部失稳弹塑性失稳极值型失稳分支型失稳实际工程存在各种缺陷，缺陷的模式向量通常不垂直于屈曲模态或二次路径向量，因此实际结构的屈曲性态多为极值型。3.1

分析方法的演进弹塑性极限承载力分析大跨度钢结构整体极限承载力分析的层次（1）

线性整体稳定分析：不考虑杆件的轴向变形，通过求解结构的初始稳定特征方程，得到结构的线性整体稳定临界荷载。优点：可快速得到结构的屈曲模态，初步判断薄弱部位，调整结构布置。缺点：过高估计结构承载力，无法描述全过程工作性能。（2）

大位移几何非线性弹性整体稳定分析：考虑杆件的轴向变形，p-δ效应和结构的大位移效应，通过搜索结构弹性切线刚度矩阵奇异时的荷载，得到完善结构和带缺陷结构的弹性大位移几何非线性整体稳定临界荷载。优点：得到荷载－位移曲线，观察刚度和稳定性的变化历程，判断结构是否发生整体失稳。缺点：忽略强度问题和稳定问题的耦合，对材料强度控制的结构，无法得到实际的极限承载力。（3）几何非线性弹塑性整体稳定性分析：在第二层次内容的基础上，再考虑构件材料弹塑性的影响，通过求得结构弹塑性切线刚度矩阵奇异时的荷载，得到结构的弹塑性整体稳定临界荷载。优点：同时计入几何非线性和材料非线性，通过跟踪结构的荷载－位移曲线，将结构的强度、刚度及稳定