《大跨空间结构设计与分析》读书报告
近30年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧、澳等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，采用了许多新材料和新技术，创造了丰富的空间结构形式。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名人文景观。目前，大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术已成为代表一个国家建筑科技发展水平的重要标志之一。因此，对大跨空间结构设计和分析是非常有必要的。
《大跨空间结构设计与分析》可作为土木工程专业研究生教学用书，也可供相关工程技术人员参考，这种理论和实践并重的学术著作让我产生了浓重的学习兴趣，结合自身所学知识，我对杜新喜先生的《大跨空间结构设计与分析》进行了阅读和学习。《大跨空间结构设计与分析》系统地介绍了大跨空间结构的设计要点和难点，全书共分为7章，前4章介绍空间结构设计，后3章介绍网格结构性能研究，由于时间的制约，本次我只对该书的前四章进行了阅读，但只是前四章就已经让我对大跨空间结构设计有了新的认识。
《大跨空间结构设计与分析》第一章为空间结构类型及建模，在这一章里面，杜新喜先生系统的将空间结构分为网架结构、网壳结构、悬索结构等等，这种系统的分类更加清晰的明确了不同大跨空间结构的性质和特点，在第一章的理论支持下，结合其他学者的理论著作，我将大跨空间结构的部分类别和优缺点进行了统计，具体如下：
1 钢筋混凝土薄壳结构
薄壳结构主要是依靠膜内力来支承自重及外荷载。它的这一特点，使其得以充分发挥钢筋混凝土材料的强度。
薄壳结构的主要优点有：（1）可覆盖大跨度的空间而中间不设柱，造型美观，活泼新颖；（2）节约材料，经济效果好，即用一种材料同时起到承重和维护功能；（3）自重轻，刚度大，整体性好，有良好的抗震和动力性能。
相应的，薄壳结构的缺点有：（1）现浇薄壳需耗费大量模板，施工费时、费事；（2）如不加处理，则隔热和声学(某些壳体)效果差。
2 平板网架结构
平板网架结构是由简单的、小尺寸的杆件按照一定网格图形构成的杆系结构。一般为双层网架，有两层相互平行的格构梁，其间用垂直或倾斜腹杆相连接，承受同格构梁平面垂直的荷载，整个结构中应力分布比较均匀。
平板网架结构的主要优点有：（1）有较高的美学质量，具有非常自由的建筑造型；（2）可承受全方位外部荷载，任何压杆在大集中荷载作用下压力不可导致整个结构的破坏；（3）杆件基本上承受轴力，强度可得到充分发挥，用钢量较小，可以工业化大量生产；（4）杆件的小尺寸使装卸、运输和拼装工作大大简化，室外施工不受气候条件影响等。
而平板网架结构的缺点有：存在强度过剩问题，制造精度要求高，造价较高。 3 网壳结构
网壳结构系指用较短的杆件，以一定的规律和足够的密度组成网格，按实体壳体的形状进行布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。承载特点和薄壳相似。主要承载方式是薄膜内力，还存在弯曲内力。常用的是穹顶网壳、筒形网壳、双曲网壳和双曲抛物面网壳。
网壳结构的优点主要有：（1）一般情况下，同等条件的网壳比网架要节约钢材20%，自重轻，施工进度快；（2）网壳曲面能形成自然的排水坡度，不需另设小立柱，外形美观，富于变化；（3）更适合于覆盖大跨度，如穹顶网壳的最大跨度单层达131m，双层达236．5m。
而网壳结构的缺点有：（1）制造精度要求更高，拼装时必须精确地测量和控制结点总坐标；（2）结点和杆件在空间教会角度必须计算准确。
4 悬索结构
悬索结构是用拉力构件，强力拉紧而成屋面系统。在外荷载作用下，索内只产生拉应力，不必考虑屈曲等问题。按组成方法和受力特点，可将悬索结构分为如下几种类型：单层悬索体系、预应力双层悬索体系、预应力鞍形索网、劲性悬索体系、组合悬索体系。
悬索结构的优点主要有：（1）可用高强度钢材，以充分发挥其力学性能，较经济，其耗钢量仅为普通钢结构的1/7-1/5；（2）造型自由，各个建筑的个性强烈，更能发挥建筑师、结构师才能；（3）自重轻、强度高，更适合建筑大跨度结构；（4）运输及施工方便，不需大型起重设备，也不需大量脚手架。
悬索结构的缺点有：（1）悬索结构的设计计算理论相对复杂，又缺少具有较高的商品化程度的实用计算程序，因而难于为一般设计单位普遍采用；（2）尽管悬索结构施工并不复杂，但一般施工单位对它不够熟悉，更没有形成专业的悬索结构施工队伍，这也影响建设单位和设计单位大胆采用此结构；（3）悬索屋盖对局部荷载很敏感；（4）悬索屋盖的水平力处理复杂，其主要原因是悬索结构中水平力作用点都很高，在空间不便于布置相应的抗水平力构件。
5 薄膜结构
薄膜结构在工程实践中有各种应用形式，从其构造和受力特点大致可分如下几种类型：
（1）充气膜结构：以空气压力赋薄膜以刚度。这种结构目前应用的很少。 （2）张拉式膜结构：形似帐篷，其结构形成机制与预应力索网类似，呈负高斯曲率的鞍形曲面形状，张紧在柔性(索)或刚性的边缘构件上，还可利用桅杆或立柱提供独立的吊点。这种膜结构要通过一定的张拉手段建立预应力，使之具有必要的刚度。在实践中，一些覆盖面积很大的膜结构经常设计为由许多较小的帐篷单元结合起来，连成巨大的整体屋盖体系。
（3）骨架支承式膜结构：膜材绷紧在刚性骨架(如网壳、拱架等)上，刚性骨架是屋盖的主要承重结构，作为覆盖材料的膜材则是局部范围内的承重单位。
（4）“索穹顶”：国外近年来用得较多的“索穹顶”(Cable Dome)实际上是空间双层索系与覆面膜材的联合运用，形成一种高效的大跨度轻型屋盖结构形式。这种结构形式难于归纳到上述三种类型，估且单列为一类。
薄膜结构的形成十分丰富多彩，上述分类方法是相对的；工程实践中可能会有许多新的创造，难于简单归类，也可能是不同构造类型的联合运用。薄膜结构具有如下优缺点：
优点：（1）结构重量极轻，能覆盖很大跨度，建筑造型丰富多彩，外形简洁，轻柔舒展，富有动感；（2）膜材承重与围护合一，具有适度透光性，白天室内明亮且光线柔合，不需人工照明；（3）膜材防水、耐火性能良好，其耐久性和自洁性也获得较好解决，工期短。
缺点：隔热性差，抵抗局部荷载能力差，薄膜材料质量、性能要求高。 6 混合结构
由多种单纯空间结构体系有机组合而成，其目的在于综合利用各种不同结构在性能、造型、综合经济指标等方面的优势，丰富大跨度建筑造型，有效利用建筑空间。按照混合结构生成原则设计出的结构体系，具有下列优缺点：
优点:（1）建筑造型美观、功能合理，能使建筑艺术与结构技术完美地统一于一体；（2）结构刚柔相济，兼具刚性结构和柔性结构的优点，结构更轻巧，节省材料；（3）施工简捷，有利于混合结构的推广和节省工程造价。
缺点：设计计算理论相对复杂。
在书中所述理论和其他学者的研究成果收集结构来看，大跨空间结构按照不同的特点可以分为许多种类，不同的学者对此也有不同的见解，另外，我们知道，大跨空间结构设计需要对建筑功能、结构受力性能、施工条件、技术能力、施工期限、建筑材料、能源供应、场地地形、地貌、自然灾害的特点以及工程经济效益、社会效益等多方面进行深入地分析和判断，逐步建立起真实反映大跨空间结构智能选型影响因素之间相互作用关系或深层次联系的整体因素体系模型。在此过程中直接或间接地涉及建筑学、美学、结构工程、施工技术、建筑经济等学科或领域的知识。其中诸领域的知识又包括公共知识和个性知识。公共知识是已被本领域专业技术人员所认识或掌握的，并且能在教科书、规范条文等专业文献中找到解决一般问题所使用的基本概念、事实、定理、规定、一般方法、过程等。个性知识是结构设计专家在长期参与设计、施工、管理等工程活动中积累起来的可有效解决复杂问题的经验、方法或诀窍的，这些知识大多数是在教科书及已经发表的文献中很难找到的经验性(或启发性)知识，而这类知识往往是专家解决问题的关键。
第二章为空间结构设计，在这一章里，为了更系统地表达大跨空间结构智能选型影响因素的不同侧面，体现选型问题的特征，作者从荷载和作用、空间结构地震作用、空间结构计算和空间结构设计验算四个方面进行了阐述，而这四个方面基本上囊括了大跨空间结构设计时所需要考虑的各个方面，结合第三章的节点及支座设计，至此作者已经为读者渲染出了一副完整的大跨空间结构设计画面，在不同设计因素考量过程中，作者利用大量的图片和细节描述，配合已经完工的大跨空间结构建筑图片，详实客观的阐明了大跨空间结构设计细节、效果和价值。
在《大跨空间结构设计与分析》的第四章，作者以网格结构为设计对象，以
USSCAD为设计载体，为读者提供了工程结构选型、建立模型、分析设计、结构施工图、支座节点设计等网架结构设计因素，进而在明确网架结构设计因素的前提下，完成了包括工程概况和选型、建立模型和计算及支座节点设计的网壳结构设计实例。
总结
大跨空间结构选型是大跨空间结构设计过程中的最初阶段的最重要的环节，是一个综合性很强的科学决策过程，它具有多目标性、多层次性、不确定性、非线性、耦联性及动态性等特点，它既要考虑建筑功能、美学要求、结构受力性能，又要考虑施工条件、技术能力、施工期限、建筑材料、能源供应、场地地形、地貌、自然灾害的特点以及工程经济效益、社会效益等。它需要建筑艺术与工程技术的完美结合。它是建筑、结构、施工、设备、经济等各专业工程的密切配合，是结构工程师、建筑师、经济师等各方面专家的集体智慧的结晶。
在阅读《大跨空间结构设计与分析》一书的过程中，我深深的感受到，作者不仅仅想为读者展示一个完整的网格结构设计案例，而是希望读者能在学习过程中，感受作者在进行案例设计时的思维方式和逻辑过程，进而在准确把握大跨空间结构设计脉搏的基础上，更好的提升我国大跨空间结构分析与设计的水平。
《大跨空间结构设计与分析》读书报告
