二、空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)早于平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在國外，傳統(tǒng)的肋環(huán)型穹頂已有一百多年歷史，而第一個平板網(wǎng)架是1940年在德國建造的（采用Mero體系）。中國第一批具有現(xiàn)代意義的網(wǎng)殼是在50和60年代建造的，但數(shù)量不多。當(dāng)時柱面網(wǎng)殼大多采用菱形“聯(lián)方”網(wǎng)格體系，1956年建成的天津體育館鋼網(wǎng)殼（跨度52m）和l961年同濟(jì)大學(xué)建成的鋼筋混凝土網(wǎng)殼（跨度40m）可作為典型代表。球面網(wǎng)殼則主要采用助環(huán)型體系，1954年建成的重慶人民禮堂半球形穹頂（跨度46.32m）和1967年建成的鄭州體育館圓形鋼屋蓋（跨度64m）習(xí)能是僅有的兩個規(guī)模較大的球面網(wǎng)殼。自此以后直到80年代初期，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在我國沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展。
相對而言自第一個平板網(wǎng)架（上海師范學(xué)院球類房，31.5mx40.5m）于1964年建成以來，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一直保持較好發(fā)展勢頭。1967年建成的首都體育館采用斜放正交網(wǎng)架，其矩形平面尺寸為99mx112m，厚6m，采用型鋼構(gòu)件，高強(qiáng)螺栓連接，用鋼指標(biāo)65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。1973年建成的上海萬人體育館采用圓形平面的三向網(wǎng)架凈架110m，厚6m，采用圓鋼管構(gòu)件和焊接空心球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)47kg每平米。當(dāng)時平板網(wǎng)架在國內(nèi)還是全新的結(jié)構(gòu)形式，這兩個網(wǎng)架規(guī)模都比較大，即使從今天來看仍然具有代表性，因而對工程界產(chǎn)生了很大影響。在當(dāng)時體育館建設(shè)需求的激勵下，國內(nèi)各高校、研究機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)部門對這種新結(jié)構(gòu)投入了許多力量，專業(yè)的制作和安裝企業(yè)也逐漸成長，為這種結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展打下了較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。改革開放以來的十多年里是我國空間結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的黃金時期而平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就自然地處于捷足先登的優(yōu)先地位。甚至80年代后期北京為迎接1990年亞運(yùn)會興建的一批體育建筑中，多數(shù)仍采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在這一時期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已普遍采用計(jì)算機(jī)，生產(chǎn)技術(shù)也獲得很大進(jìn)步，開始廣泛采用裝配式的螺栓球結(jié)點(diǎn)，大大加快了網(wǎng)架的安裝。
但事物總是存在兩個方面。在平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一枝獨(dú)秀地加快發(fā)展的同時，隨著經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)需求的擴(kuò)大和人們對建筑欣賞品位的提高，在設(shè)計(jì)日益增多的各式各樣大跨度建筑時，設(shè)計(jì)者越來越感覺到結(jié)構(gòu)形式的選擇余地有限，無法滿足日益發(fā)展的對建筑功能和建筑造型多樣化的要求。這種現(xiàn)實(shí)需求對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等多種空間結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展起了良好的刺激作用。由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件相同，國內(nèi)已具備現(xiàn)成的基礎(chǔ)，因而從80年代后半期起，當(dāng)相應(yīng)的理論儲備和設(shè)計(jì)軟件等條件初步完備，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)就開始了在新的條件下的快速發(fā)展。建造數(shù)量逐年增加，各種形式的網(wǎng)殼，包括球面網(wǎng)殼、柱面網(wǎng)殼、鞍形網(wǎng)殼（或扭網(wǎng)殼）、雙曲扁網(wǎng)殼和各種異形網(wǎng)殼，以及上述各種網(wǎng)殼的組合形式均得到了應(yīng)用；還開發(fā)了預(yù)應(yīng)力網(wǎng)受、斜拉網(wǎng)殼（用斜拉索加強(qiáng)網(wǎng)殼）等新的結(jié)構(gòu)體系。近幾年來建造了一些規(guī)模相當(dāng)宏大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。例如1994年建成的天津體育館采用肋環(huán)斜桿型（Schwedler型）雙層球面網(wǎng)殼，其圓形平面凈跨108m，周邊伸出13.5m，網(wǎng)殼厚度3m，采用圓鋼管構(gòu)件和焊接空心球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)55kg每平米。1995年建成的黑龍江省速滑館用以覆蓋400m速滑跑道，其巨大的雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由中央柱面殼部分和兩端半球殼部分組成，輪廓尺寸86.2mx191.2m，覆蓋面積達(dá)15000平米，網(wǎng)殼厚度2.1m，采用圓鋼管構(gòu)件和螺栓球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)50kg每平米。1997年剛建成的長春萬人體育館平面呈桃核形，由肋環(huán)型球面網(wǎng)殼切去中央條形部分再拼合而成，體型巨大，如果將外伸支腿計(jì)算在內(nèi)，輪廓尺寸達(dá)146mx191.7m，網(wǎng)殼厚度2.8m，其桁架式“網(wǎng)片”的上、下弦和腹桿一律采用方（矩形）鋼管，焊接連接，是我國第一個方鋼管網(wǎng)殼。這一網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案是由國外提出的，施工圖設(shè)計(jì)和制作安裝由國內(nèi)完成。
在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益擴(kuò)大的同時，平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并未停止其自身的發(fā)展。這種目前來看已比較簡單的結(jié)構(gòu)有它自己廣泛的使用范圍，跨度不拘大小；而已近幾年在一些重要領(lǐng)域擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。例如在機(jī)場維修機(jī)庫方面，廣州白云機(jī)場80m機(jī)庫（199年）、成都機(jī)場 140m機(jī)庫（1995年）、首都機(jī)場2Zmx150m機(jī)庫（1996年）等大型機(jī)庫都采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這些三邊支承的平板網(wǎng)架規(guī)模巨大，且需承受較重的懸掛荷載，常采用較重型的焊接型鋼（或鋼管）結(jié)構(gòu)，有時需采用三層網(wǎng)架；其單位面積用鋼指標(biāo)可達(dá)到一般公用建筑所用網(wǎng)架的一倍或更多。單層工業(yè)廠房也是近幾年來平板網(wǎng)架獲得迅速發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。為便于靈活安排生產(chǎn)工藝，廠房的柱網(wǎng)尺寸有日益擴(kuò)大的趨向，這時平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就成為十分經(jīng)濟(jì)適用的理想結(jié)構(gòu)方案。1991年建成的第一汽車制造廠高爾夫轎車安裝車間面積近8萬平米（189.2mx421.6m），柱網(wǎng)21mx12m,采用焊接球結(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，用鋼指標(biāo)31kg每平米。該廠房是目前世界上面積大的平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。1992年建成的天津無縫鋼管廠加工車間面積為6萬平米（108m x 564m），柱網(wǎng)36m x 18m,采用螺栓球結(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，用鋼指標(biāo)32kg每平米，與傳統(tǒng)的平面鋼桁架方案比較，節(jié)省了47％。鑒于這類廠房的巨大圓積，它們確實(shí)為平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了廣闊的新領(lǐng)域。十分明顯，包括網(wǎng)架和網(wǎng)殼在內(nèi)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是我國近十余年來發(fā)展快，應(yīng)用廣的空間結(jié)構(gòu)類型。這類結(jié)構(gòu)體系整體剛度好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，可提供豐富的建筑造型，因而受到建設(shè)者和設(shè)計(jì)者的喜愛。我國網(wǎng)架企業(yè)的蓬勃發(fā)展也為這類結(jié)構(gòu)提供了方便的生產(chǎn)條件。據(jù)估計(jì)，近幾年我國每年建造的網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)達(dá)800萬平方米建筑面積，相應(yīng)鋼材用量約20萬t。這么大的數(shù)字是任何其它國家無法比擬的，無愧于“網(wǎng)架王國”這一稱號，難怪國外有關(guān)企業(yè)對這一巨大市場垂涎欲滴。
如此大的發(fā)展勢頭自然也會帶采一些問題。與國際水平相比，我國目前網(wǎng)架生產(chǎn)的工藝水平和質(zhì)量管理水平尚有一定距離。尤其是在市場需求帶動下，大量小型網(wǎng)架企業(yè)雨后春筍般成立起來，難免良莠不齊，設(shè)計(jì)也非總由有經(jīng)驗(yàn)人士擔(dān)任。因而大力加強(qiáng)行業(yè)管理，切實(shí)把握住設(shè)計(jì)制作和安裝質(zhì)量，是促進(jìn)我國空間結(jié)構(gòu)進(jìn)一步健康發(fā)展的重要課題。
三、張力結(jié)構(gòu)
中國現(xiàn)代懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展始于50年代后期和60年代，北京的工人體育館和杭州的浙江人民體育館是當(dāng)時的兩個代表作。北京工人體育館建成于1961年，其圓形屋蓋采用車輻式雙層懸索體系，直徑達(dá)94m。浙江人民體育館建成于1967年，其屋蓋為橢圓平面，長徑80m，短徑60m．采用雙曲拋物面正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
世界上早的現(xiàn)代懸索屋蓋是美國于1953年建成的Raleigh體育館，采用以兩個斜放的拋物線拱為邊緣構(gòu)件的鞍形正交索網(wǎng)。我國建造的上述兩個懸索結(jié)構(gòu)無論從規(guī)模大小或技術(shù)水平來看在當(dāng)時都可以說是達(dá)到國際上較先進(jìn)水平的。但此后我國懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展停頓了較長一段時間，一直到80年代，由于大跨度建筑的發(fā)展而提出的對空間結(jié)構(gòu)形式多樣化的要求，這種形式豐富的輕型結(jié)構(gòu)重新引起了人們的熱情，工程實(shí)踐的數(shù)量有較大增長，應(yīng)用形式趨于多樣化理論研究也相應(yīng)地開展起來形勢相當(dāng)喜人。
柔性的懸索在自然狀態(tài)下不僅沒有剛度，其形狀也是不確定的。必須采用敷設(shè)重屋面或施加預(yù)應(yīng)力等措施，才能賦予一定的形狀，成為在外荷作用下具有必要剛度和形狀穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。值得稱道的是，我國的科技人員在學(xué)習(xí)和吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時，在結(jié)合工程具體條件創(chuàng)造更加符合中國國情的結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式方面做了不少嘗試和創(chuàng)新。
例如，山東省淄博等地把懸索結(jié)構(gòu)應(yīng)用于中小型屋蓋結(jié)構(gòu)中，頗具特色。他們主要采用單層平行索系或傘形輻射索系加鋼筋混凝土屋面板的構(gòu)造方式。施工時先將屋面板掛在索上（使索正好位于板縫中），在板上臨時加載使索伸長，然后在板縫中澆灌細(xì)石混凝土，待達(dá)到一定強(qiáng)度后卸去臨時荷載，即形成具有一定預(yù)應(yīng)力的“懸掛薄殼”。這種構(gòu)造和施工方法不需要復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)備，造價也比較低。
為了提高單層懸索的形狀穩(wěn)定性，在單層平行索系上設(shè)置橫向加勁梁（或桁架）的辦法也是十分有效的。橫向加勁構(gòu)件的作用有二：一是傳遞可能的集中荷載和局部荷載使之更均勻地分配到各根平行的索上；二是通過下壓橫向加勁構(gòu)件的兩端到預(yù)定位置或通過對索進(jìn)行張拉使整個體系建立預(yù)應(yīng)力，從而提高屋蓋的剛度。從安徽體育館等幾個工程的實(shí)踐來看這種混合結(jié)構(gòu)體系施工方便，用料經(jīng)濟(jì)，是一種成功的創(chuàng)造。
由一系列承重索和曲率相反的穩(wěn)定索組成的預(yù)應(yīng)力雙層索系，是解決懸索結(jié)構(gòu)形狀穩(wěn)定性的另一種有效形式。其工作機(jī)理與預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)有類似之處。1966年瑞典工程師Jawerth首先在斯德哥爾摩滑冰館采用由一對承重索和穩(wěn)定索組成被稱為“索桁架”的專利體系，其后這種平面雙層索系在各國獲得相當(dāng)廣泛剛用。我國無錫體育館也采用了這種體系。作為對這種體系的改進(jìn)，吉林滑冰館采用了一種新型的空間雙層索系，它的承重索與穩(wěn)定索在不同一陣平面內(nèi)，而是錯開半個柱距，從而創(chuàng)造了新穎的建筑造型，而且很好地解決了矩形平面懸索屋蓋通常遇到的屋面排水問題。這一新穎結(jié)構(gòu)參加了1987年在美國舉行的國際先進(jìn)結(jié)構(gòu)展覽。
我國懸索結(jié)構(gòu)發(fā)展的另一個特點(diǎn)是在許多工程中運(yùn)用了各種組合手段。主要的方式是將兩個以上預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)或其它懸索體系組合起來，并設(shè)置強(qiáng)大的拱或剛架等結(jié)構(gòu)作為中間支承，形成各種形式的組合屋蓋結(jié)構(gòu)。例如四川省體育館和青島市體育館的屋蓋是由兩片索網(wǎng)和作為中間支承的一對鋼筋混凝土拱組合起來的。北京朝陽體育館由兩片索網(wǎng)和被稱為“索拱體系”的中央支承結(jié)構(gòu)組成。中央索拱體系由兩條懸索和兩個鋼拱組成，本身是一種混合結(jié)構(gòu)，其概念也具有創(chuàng)新意義。采用各種組合式屋蓋不僅進(jìn)一步豐富了建筑造型，而且往往能更好地滿足某些建筑功能上的要求，例如為體育館建筑提供了“優(yōu)”的內(nèi)部空間。單純從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度，單片索網(wǎng)或其它懸索體系可以經(jīng)濟(jì)地跨越很大的跨度，本非必須采用中間支承結(jié)構(gòu)。所以，采用組合式屋蓋在很多場合毋寧說主要是出于建筑造型和使用功能方面的考慮。從我國這幾年的實(shí)踐效果來看，它在這方面是起到了預(yù)期作用的。
將斜拉體系引用到屋蓋結(jié)構(gòu)中來，可形成一系列混合結(jié)構(gòu)形式。這種體系利用由塔柱頂端伸出的斜拉索為屋蓋的橫跨結(jié)構(gòu)（主梁、桁架、平板網(wǎng)架等）提供了一系列中間彈性支承，使這些橫跨結(jié)構(gòu)不需靠增大結(jié)構(gòu)高度和構(gòu)件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉網(wǎng)殼也屬于這類混合結(jié)構(gòu)。
盡管十余年來懸索結(jié)構(gòu)取得了可喜的發(fā)展，但與網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)比較其發(fā)展相對較慢，分析起來可能有兩方面的原因：（1）懸索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論相對復(fù)雜一些，又缺少具有較高商品化程度的實(shí)用計(jì)算程序，因而難于為一般設(shè)計(jì)單位普遇采用；（2）盡管懸索結(jié)構(gòu)的施工并不復(fù)雜，但一般施工單位對它不夠熟悉，更沒有形成專業(yè)的懸索結(jié)構(gòu)施工隊(duì)伍，這也影響建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位大膽采用這種結(jié)構(gòu)形式。
與此同時，同屬于張力結(jié)構(gòu)體系、在國外應(yīng)用很廣的膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)在我國則處于艱難起步階段。除了設(shè)計(jì)理論儲備和生產(chǎn)條件方面的原因外，缺少符合建筑要求的國產(chǎn)膜材是一個主要的制約因素。從國外情況看，1970年大阪萬國博覽會上的美國館采用氣承式膜結(jié)構(gòu)（俗稱充氣結(jié)構(gòu)），首次使用以聚氯乙烯（PVC）為涂層的玻璃纖維織物，受到廣泛注意，其準(zhǔn)橢圓平面的軸線尺寸達(dá)14Om x 835m，一般認(rèn)為是第一個現(xiàn)代意義的大跨度膜結(jié)構(gòu)。70年代初杜邦公司開發(fā)出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名稱Teflon）為涂層的玻璃纖維織物，這種膜材強(qiáng)度高，耐火性、自潔性和耐久性均好，為膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用起到了積極推動作用。從那時起到1984年，美國建造了一批尺度為138m-235m的體育館，均采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，取得了極佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但這種結(jié)構(gòu)體系也出現(xiàn)了一些問題，主要是田于意外漏氣或氣壓控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而使屋面下癟，或由于暴風(fēng)雪天氣在屋面形成局部雪兜而熱空氣融雪系統(tǒng)又效能不足導(dǎo)致屋面下癟甚至事故。這些問題使人們對氣承式膜結(jié)構(gòu)的前途產(chǎn)生懷疑，美國自1985年以后在建造大型體育館時沒有再使用這種結(jié)構(gòu)形式。人們把更多的注意力轉(zhuǎn)到張拉式的膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)。但如前面所提，日本在1988年建成的東京后樂園棒球館仍然采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，不過應(yīng)用了極為先進(jìn)的自動控制技術(shù)，而且采用雙層膜結(jié)構(gòu)，中間可通熱空氣融雪；中央計(jì)算機(jī)自動監(jiān)測風(fēng)速、雪壓、室內(nèi)氣壓、膜和索的變形及內(nèi)力，并自動選擇佳方法來控制室內(nèi)氣壓和消除積雪。
張拉式膜（或索-膜）結(jié)構(gòu)自80年代以來在發(fā)達(dá)國家獲得極大發(fā)展。這種體系與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)類似，張緊在剛性或柔性邊緣構(gòu)件上，或通過特殊構(gòu)造支承在若干獨(dú)立支點(diǎn)上，通過張拉建立預(yù)應(yīng)力，并獲得確定形狀。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得體育場外徑288m，其看臺挑蓬由24個連在一起的形狀相同的單支柱帳篷式膜結(jié)構(gòu)單元組成。每個單元懸掛于中央支柱，外緣通過邊緣索張緊在若干獨(dú)立的錨固裝置上，內(nèi)緣則蹦緊在直徑為133m的中央環(huán)索上。1993年建成的美國丹佛國際機(jī)場候機(jī)大廳采用完全封閉的張拉式膜結(jié)構(gòu)平面尺寸305mx67m，由17個連成一排的雙支柱帳篷式單元組成，每個長條形的單元由相距45.7m的兩根支柱撐起。這兩個工程是比較典型的大型張拉式膜結(jié)構(gòu)的例子。另外還有一類骨架支承式膜結(jié)構(gòu)。例如日本秋田縣的“天穹”（Sky dome）是一個切去兩邊的球面穹頂（D=130m），其主要承重結(jié)構(gòu)是一系列平行的格構(gòu)式鋼拱架，蒙以膜材后，用設(shè)在兩拱中間的鋼索向下拉緊，并在屋面上形成V形排水（雪）溝槽。這種骨架是支承式膜結(jié)構(gòu)的例子也是很多的。然而由美國工程師Geiger根據(jù)Fuller的張拉集合體（Tensegrity)概念發(fā)展起來的所謂“索穹頂”（Cable Dome），也許是近10年來為膾炙人口的一種新穎張拉體系。Tensegrity原是指由連續(xù)的拉桿與分散的壓桿組成的自平衡體系，其指導(dǎo)思想是充分發(fā)揮桿件的受拉作用。然而嚴(yán)格意義上的Tensegrity體系未能在工程中實(shí)現(xiàn)。Geiger進(jìn)行了適當(dāng)改造，提出了支承在圓形剛件周邊構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力拉索-壓桿體系，索沿輻射方向布置，并利用膜材作為屋面，他稱之為“索穹頂”，并首先用于1988年漢城奧運(yùn)會的兩個體育館工程。美國的Levy進(jìn)一步發(fā)展這種體系，改用聯(lián)方形拉索網(wǎng)格，使屋面膜單元呈菱形的雙曲拋物面形狀，并用于1996年亞特蘭大奧運(yùn)會體育館，其平面呈準(zhǔn)橢圓形，尺寸達(dá)24lmx192m。這類張拉式索-壓桿-膜體系，重量極輕，安裝方便，在大跨度和超大跨度建筑中極具應(yīng)用前景。
與世界先進(jìn)水平相比，中國在膜結(jié)構(gòu)方面的差距是十分明顯的。幾年來在理論研究方面做了不少工作，應(yīng)該說已建立起一定的理論儲備。在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面近年來也開始呈現(xiàn)比較活潑的勢頭。上海為迎接八運(yùn)會于1997年建成的體育場其看臺挑篷采用鋼骨架支承的膜結(jié)構(gòu)，總覆蓋面積36100平米，是我國首次在大型建筑上采用膜結(jié)構(gòu)；但所用膜材是進(jìn)口的，施工安裝也由外國公司進(jìn)行，價格較昂貴。值得指出的是，中國已出現(xiàn)了專門從事膜結(jié)構(gòu)制作與安裝的企業(yè)，他們已興建了幾個較小型的膜結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)膜材的質(zhì)量也正在改進(jìn)。各種跡象表明，膜結(jié)構(gòu)這一族富有潛力的大跨空間結(jié)構(gòu)新成員在我國的發(fā)展已露出桅尖。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)早于平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在國外，傳統(tǒng)的肋環(huán)型穹頂已有一百多年歷史，而第一個平板網(wǎng)架是1940年在德國建造的（采用Mero體系）。中國第一批具有現(xiàn)代意義的網(wǎng)殼是在50和60年代建造的，但數(shù)量不多。當(dāng)時柱面網(wǎng)殼大多采用菱形“聯(lián)方”網(wǎng)格體系，1956年建成的天津體育館鋼網(wǎng)殼（跨度52m）和l961年同濟(jì)大學(xué)建成的鋼筋混凝土網(wǎng)殼（跨度40m）可作為典型代表。球面網(wǎng)殼則主要采用助環(huán)型體系，1954年建成的重慶人民禮堂半球形穹頂（跨度46.32m）和1967年建成的鄭州體育館圓形鋼屋蓋（跨度64m）習(xí)能是僅有的兩個規(guī)模較大的球面網(wǎng)殼。自此以后直到80年代初期，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在我國沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展。
相對而言自第一個平板網(wǎng)架（上海師范學(xué)院球類房，31.5mx40.5m）于1964年建成以來，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一直保持較好發(fā)展勢頭。1967年建成的首都體育館采用斜放正交網(wǎng)架，其矩形平面尺寸為99mx112m，厚6m，采用型鋼構(gòu)件，高強(qiáng)螺栓連接，用鋼指標(biāo)65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。1973年建成的上海萬人體育館采用圓形平面的三向網(wǎng)架凈架110m，厚6m，采用圓鋼管構(gòu)件和焊接空心球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)47kg每平米。當(dāng)時平板網(wǎng)架在國內(nèi)還是全新的結(jié)構(gòu)形式，這兩個網(wǎng)架規(guī)模都比較大，即使從今天來看仍然具有代表性，因而對工程界產(chǎn)生了很大影響。在當(dāng)時體育館建設(shè)需求的激勵下，國內(nèi)各高校、研究機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)部門對這種新結(jié)構(gòu)投入了許多力量，專業(yè)的制作和安裝企業(yè)也逐漸成長，為這種結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展打下了較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。改革開放以來的十多年里是我國空間結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的黃金時期而平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就自然地處于捷足先登的優(yōu)先地位。甚至80年代后期北京為迎接1990年亞運(yùn)會興建的一批體育建筑中，多數(shù)仍采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在這一時期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已普遍采用計(jì)算機(jī)，生產(chǎn)技術(shù)也獲得很大進(jìn)步，開始廣泛采用裝配式的螺栓球結(jié)點(diǎn)，大大加快了網(wǎng)架的安裝。
但事物總是存在兩個方面。在平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一枝獨(dú)秀地加快發(fā)展的同時，隨著經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)需求的擴(kuò)大和人們對建筑欣賞品位的提高，在設(shè)計(jì)日益增多的各式各樣大跨度建筑時，設(shè)計(jì)者越來越感覺到結(jié)構(gòu)形式的選擇余地有限，無法滿足日益發(fā)展的對建筑功能和建筑造型多樣化的要求。這種現(xiàn)實(shí)需求對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等多種空間結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展起了良好的刺激作用。由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件相同，國內(nèi)已具備現(xiàn)成的基礎(chǔ)，因而從80年代后半期起，當(dāng)相應(yīng)的理論儲備和設(shè)計(jì)軟件等條件初步完備，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)就開始了在新的條件下的快速發(fā)展。建造數(shù)量逐年增加，各種形式的網(wǎng)殼，包括球面網(wǎng)殼、柱面網(wǎng)殼、鞍形網(wǎng)殼（或扭網(wǎng)殼）、雙曲扁網(wǎng)殼和各種異形網(wǎng)殼，以及上述各種網(wǎng)殼的組合形式均得到了應(yīng)用；還開發(fā)了預(yù)應(yīng)力網(wǎng)受、斜拉網(wǎng)殼（用斜拉索加強(qiáng)網(wǎng)殼）等新的結(jié)構(gòu)體系。近幾年來建造了一些規(guī)模相當(dāng)宏大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。例如1994年建成的天津體育館采用肋環(huán)斜桿型（Schwedler型）雙層球面網(wǎng)殼，其圓形平面凈跨108m，周邊伸出13.5m，網(wǎng)殼厚度3m，采用圓鋼管構(gòu)件和焊接空心球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)55kg每平米。1995年建成的黑龍江省速滑館用以覆蓋400m速滑跑道，其巨大的雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由中央柱面殼部分和兩端半球殼部分組成，輪廓尺寸86.2mx191.2m，覆蓋面積達(dá)15000平米，網(wǎng)殼厚度2.1m，采用圓鋼管構(gòu)件和螺栓球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)50kg每平米。1997年剛建成的長春萬人體育館平面呈桃核形，由肋環(huán)型球面網(wǎng)殼切去中央條形部分再拼合而成，體型巨大，如果將外伸支腿計(jì)算在內(nèi)，輪廓尺寸達(dá)146mx191.7m，網(wǎng)殼厚度2.8m，其桁架式“網(wǎng)片”的上、下弦和腹桿一律采用方（矩形）鋼管，焊接連接，是我國第一個方鋼管網(wǎng)殼。這一網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案是由國外提出的，施工圖設(shè)計(jì)和制作安裝由國內(nèi)完成。
在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益擴(kuò)大的同時，平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并未停止其自身的發(fā)展。這種目前來看已比較簡單的結(jié)構(gòu)有它自己廣泛的使用范圍，跨度不拘大小；而已近幾年在一些重要領(lǐng)域擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。例如在機(jī)場維修機(jī)庫方面，廣州白云機(jī)場80m機(jī)庫（199年）、成都機(jī)場 140m機(jī)庫（1995年）、首都機(jī)場2Zmx150m機(jī)庫（1996年）等大型機(jī)庫都采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這些三邊支承的平板網(wǎng)架規(guī)模巨大，且需承受較重的懸掛荷載，常采用較重型的焊接型鋼（或鋼管）結(jié)構(gòu)，有時需采用三層網(wǎng)架；其單位面積用鋼指標(biāo)可達(dá)到一般公用建筑所用網(wǎng)架的一倍或更多。單層工業(yè)廠房也是近幾年來平板網(wǎng)架獲得迅速發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。為便于靈活安排生產(chǎn)工藝，廠房的柱網(wǎng)尺寸有日益擴(kuò)大的趨向，這時平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就成為十分經(jīng)濟(jì)適用的理想結(jié)構(gòu)方案。1991年建成的第一汽車制造廠高爾夫轎車安裝車間面積近8萬平米（189.2mx421.6m），柱網(wǎng)21mx12m,采用焊接球結(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，用鋼指標(biāo)31kg每平米。該廠房是目前世界上面積大的平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。1992年建成的天津無縫鋼管廠加工車間面積為6萬平米（108m x 564m），柱網(wǎng)36m x 18m,采用螺栓球結(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，用鋼指標(biāo)32kg每平米，與傳統(tǒng)的平面鋼桁架方案比較，節(jié)省了47％。鑒于這類廠房的巨大圓積，它們確實(shí)為平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了廣闊的新領(lǐng)域。十分明顯，包括網(wǎng)架和網(wǎng)殼在內(nèi)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是我國近十余年來發(fā)展快，應(yīng)用廣的空間結(jié)構(gòu)類型。這類結(jié)構(gòu)體系整體剛度好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，可提供豐富的建筑造型，因而受到建設(shè)者和設(shè)計(jì)者的喜愛。我國網(wǎng)架企業(yè)的蓬勃發(fā)展也為這類結(jié)構(gòu)提供了方便的生產(chǎn)條件。據(jù)估計(jì)，近幾年我國每年建造的網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)達(dá)800萬平方米建筑面積，相應(yīng)鋼材用量約20萬t。這么大的數(shù)字是任何其它國家無法比擬的，無愧于“網(wǎng)架王國”這一稱號，難怪國外有關(guān)企業(yè)對這一巨大市場垂涎欲滴。
如此大的發(fā)展勢頭自然也會帶采一些問題。與國際水平相比，我國目前網(wǎng)架生產(chǎn)的工藝水平和質(zhì)量管理水平尚有一定距離。尤其是在市場需求帶動下，大量小型網(wǎng)架企業(yè)雨后春筍般成立起來，難免良莠不齊，設(shè)計(jì)也非總由有經(jīng)驗(yàn)人士擔(dān)任。因而大力加強(qiáng)行業(yè)管理，切實(shí)把握住設(shè)計(jì)制作和安裝質(zhì)量，是促進(jìn)我國空間結(jié)構(gòu)進(jìn)一步健康發(fā)展的重要課題。
三、張力結(jié)構(gòu)
中國現(xiàn)代懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展始于50年代后期和60年代，北京的工人體育館和杭州的浙江人民體育館是當(dāng)時的兩個代表作。北京工人體育館建成于1961年，其圓形屋蓋采用車輻式雙層懸索體系，直徑達(dá)94m。浙江人民體育館建成于1967年，其屋蓋為橢圓平面，長徑80m，短徑60m．采用雙曲拋物面正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
世界上早的現(xiàn)代懸索屋蓋是美國于1953年建成的Raleigh體育館，采用以兩個斜放的拋物線拱為邊緣構(gòu)件的鞍形正交索網(wǎng)。我國建造的上述兩個懸索結(jié)構(gòu)無論從規(guī)模大小或技術(shù)水平來看在當(dāng)時都可以說是達(dá)到國際上較先進(jìn)水平的。但此后我國懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展停頓了較長一段時間，一直到80年代，由于大跨度建筑的發(fā)展而提出的對空間結(jié)構(gòu)形式多樣化的要求，這種形式豐富的輕型結(jié)構(gòu)重新引起了人們的熱情，工程實(shí)踐的數(shù)量有較大增長，應(yīng)用形式趨于多樣化理論研究也相應(yīng)地開展起來形勢相當(dāng)喜人。
柔性的懸索在自然狀態(tài)下不僅沒有剛度，其形狀也是不確定的。必須采用敷設(shè)重屋面或施加預(yù)應(yīng)力等措施，才能賦予一定的形狀，成為在外荷作用下具有必要剛度和形狀穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。值得稱道的是，我國的科技人員在學(xué)習(xí)和吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時，在結(jié)合工程具體條件創(chuàng)造更加符合中國國情的結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式方面做了不少嘗試和創(chuàng)新。
例如，山東省淄博等地把懸索結(jié)構(gòu)應(yīng)用于中小型屋蓋結(jié)構(gòu)中，頗具特色。他們主要采用單層平行索系或傘形輻射索系加鋼筋混凝土屋面板的構(gòu)造方式。施工時先將屋面板掛在索上（使索正好位于板縫中），在板上臨時加載使索伸長，然后在板縫中澆灌細(xì)石混凝土，待達(dá)到一定強(qiáng)度后卸去臨時荷載，即形成具有一定預(yù)應(yīng)力的“懸掛薄殼”。這種構(gòu)造和施工方法不需要復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)備，造價也比較低。
為了提高單層懸索的形狀穩(wěn)定性，在單層平行索系上設(shè)置橫向加勁梁（或桁架）的辦法也是十分有效的。橫向加勁構(gòu)件的作用有二：一是傳遞可能的集中荷載和局部荷載使之更均勻地分配到各根平行的索上；二是通過下壓橫向加勁構(gòu)件的兩端到預(yù)定位置或通過對索進(jìn)行張拉使整個體系建立預(yù)應(yīng)力，從而提高屋蓋的剛度。從安徽體育館等幾個工程的實(shí)踐來看這種混合結(jié)構(gòu)體系施工方便，用料經(jīng)濟(jì)，是一種成功的創(chuàng)造。
由一系列承重索和曲率相反的穩(wěn)定索組成的預(yù)應(yīng)力雙層索系，是解決懸索結(jié)構(gòu)形狀穩(wěn)定性的另一種有效形式。其工作機(jī)理與預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)有類似之處。1966年瑞典工程師Jawerth首先在斯德哥爾摩滑冰館采用由一對承重索和穩(wěn)定索組成被稱為“索桁架”的專利體系，其后這種平面雙層索系在各國獲得相當(dāng)廣泛剛用。我國無錫體育館也采用了這種體系。作為對這種體系的改進(jìn)，吉林滑冰館采用了一種新型的空間雙層索系，它的承重索與穩(wěn)定索在不同一陣平面內(nèi)，而是錯開半個柱距，從而創(chuàng)造了新穎的建筑造型，而且很好地解決了矩形平面懸索屋蓋通常遇到的屋面排水問題。這一新穎結(jié)構(gòu)參加了1987年在美國舉行的國際先進(jìn)結(jié)構(gòu)展覽。
我國懸索結(jié)構(gòu)發(fā)展的另一個特點(diǎn)是在許多工程中運(yùn)用了各種組合手段。主要的方式是將兩個以上預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)或其它懸索體系組合起來，并設(shè)置強(qiáng)大的拱或剛架等結(jié)構(gòu)作為中間支承，形成各種形式的組合屋蓋結(jié)構(gòu)。例如四川省體育館和青島市體育館的屋蓋是由兩片索網(wǎng)和作為中間支承的一對鋼筋混凝土拱組合起來的。北京朝陽體育館由兩片索網(wǎng)和被稱為“索拱體系”的中央支承結(jié)構(gòu)組成。中央索拱體系由兩條懸索和兩個鋼拱組成，本身是一種混合結(jié)構(gòu)，其概念也具有創(chuàng)新意義。采用各種組合式屋蓋不僅進(jìn)一步豐富了建筑造型，而且往往能更好地滿足某些建筑功能上的要求，例如為體育館建筑提供了“優(yōu)”的內(nèi)部空間。單純從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度，單片索網(wǎng)或其它懸索體系可以經(jīng)濟(jì)地跨越很大的跨度，本非必須采用中間支承結(jié)構(gòu)。所以，采用組合式屋蓋在很多場合毋寧說主要是出于建筑造型和使用功能方面的考慮。從我國這幾年的實(shí)踐效果來看，它在這方面是起到了預(yù)期作用的。
將斜拉體系引用到屋蓋結(jié)構(gòu)中來，可形成一系列混合結(jié)構(gòu)形式。這種體系利用由塔柱頂端伸出的斜拉索為屋蓋的橫跨結(jié)構(gòu)（主梁、桁架、平板網(wǎng)架等）提供了一系列中間彈性支承，使這些橫跨結(jié)構(gòu)不需靠增大結(jié)構(gòu)高度和構(gòu)件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉網(wǎng)殼也屬于這類混合結(jié)構(gòu)。
盡管十余年來懸索結(jié)構(gòu)取得了可喜的發(fā)展，但與網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)比較其發(fā)展相對較慢，分析起來可能有兩方面的原因：（1）懸索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論相對復(fù)雜一些，又缺少具有較高商品化程度的實(shí)用計(jì)算程序，因而難于為一般設(shè)計(jì)單位普遇采用；（2）盡管懸索結(jié)構(gòu)的施工并不復(fù)雜，但一般施工單位對它不夠熟悉，更沒有形成專業(yè)的懸索結(jié)構(gòu)施工隊(duì)伍，這也影響建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位大膽采用這種結(jié)構(gòu)形式。
與此同時，同屬于張力結(jié)構(gòu)體系、在國外應(yīng)用很廣的膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)在我國則處于艱難起步階段。除了設(shè)計(jì)理論儲備和生產(chǎn)條件方面的原因外，缺少符合建筑要求的國產(chǎn)膜材是一個主要的制約因素。從國外情況看，1970年大阪萬國博覽會上的美國館采用氣承式膜結(jié)構(gòu)（俗稱充氣結(jié)構(gòu)），首次使用以聚氯乙烯（PVC）為涂層的玻璃纖維織物，受到廣泛注意，其準(zhǔn)橢圓平面的軸線尺寸達(dá)14Om x 835m，一般認(rèn)為是第一個現(xiàn)代意義的大跨度膜結(jié)構(gòu)。70年代初杜邦公司開發(fā)出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名稱Teflon）為涂層的玻璃纖維織物，這種膜材強(qiáng)度高，耐火性、自潔性和耐久性均好，為膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用起到了積極推動作用。從那時起到1984年，美國建造了一批尺度為138m-235m的體育館，均采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，取得了極佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但這種結(jié)構(gòu)體系也出現(xiàn)了一些問題，主要是田于意外漏氣或氣壓控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而使屋面下癟，或由于暴風(fēng)雪天氣在屋面形成局部雪兜而熱空氣融雪系統(tǒng)又效能不足導(dǎo)致屋面下癟甚至事故。這些問題使人們對氣承式膜結(jié)構(gòu)的前途產(chǎn)生懷疑，美國自1985年以后在建造大型體育館時沒有再使用這種結(jié)構(gòu)形式。人們把更多的注意力轉(zhuǎn)到張拉式的膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)。但如前面所提，日本在1988年建成的東京后樂園棒球館仍然采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，不過應(yīng)用了極為先進(jìn)的自動控制技術(shù)，而且采用雙層膜結(jié)構(gòu)，中間可通熱空氣融雪；中央計(jì)算機(jī)自動監(jiān)測風(fēng)速、雪壓、室內(nèi)氣壓、膜和索的變形及內(nèi)力，并自動選擇佳方法來控制室內(nèi)氣壓和消除積雪。
張拉式膜（或索-膜）結(jié)構(gòu)自80年代以來在發(fā)達(dá)國家獲得極大發(fā)展。這種體系與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)類似，張緊在剛性或柔性邊緣構(gòu)件上，或通過特殊構(gòu)造支承在若干獨(dú)立支點(diǎn)上，通過張拉建立預(yù)應(yīng)力，并獲得確定形狀。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得體育場外徑288m，其看臺挑蓬由24個連在一起的形狀相同的單支柱帳篷式膜結(jié)構(gòu)單元組成。每個單元懸掛于中央支柱，外緣通過邊緣索張緊在若干獨(dú)立的錨固裝置上，內(nèi)緣則蹦緊在直徑為133m的中央環(huán)索上。1993年建成的美國丹佛國際機(jī)場候機(jī)大廳采用完全封閉的張拉式膜結(jié)構(gòu)平面尺寸305mx67m，由17個連成一排的雙支柱帳篷式單元組成，每個長條形的單元由相距45.7m的兩根支柱撐起。這兩個工程是比較典型的大型張拉式膜結(jié)構(gòu)的例子。另外還有一類骨架支承式膜結(jié)構(gòu)。例如日本秋田縣的“天穹”（Sky dome）是一個切去兩邊的球面穹頂（D=130m），其主要承重結(jié)構(gòu)是一系列平行的格構(gòu)式鋼拱架，蒙以膜材后，用設(shè)在兩拱中間的鋼索向下拉緊，并在屋面上形成V形排水（雪）溝槽。這種骨架是支承式膜結(jié)構(gòu)的例子也是很多的。然而由美國工程師Geiger根據(jù)Fuller的張拉集合體（Tensegrity)概念發(fā)展起來的所謂“索穹頂”（Cable Dome），也許是近10年來為膾炙人口的一種新穎張拉體系。Tensegrity原是指由連續(xù)的拉桿與分散的壓桿組成的自平衡體系，其指導(dǎo)思想是充分發(fā)揮桿件的受拉作用。然而嚴(yán)格意義上的Tensegrity體系未能在工程中實(shí)現(xiàn)。Geiger進(jìn)行了適當(dāng)改造，提出了支承在圓形剛件周邊構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力拉索-壓桿體系，索沿輻射方向布置，并利用膜材作為屋面，他稱之為“索穹頂”，并首先用于1988年漢城奧運(yùn)會的兩個體育館工程。美國的Levy進(jìn)一步發(fā)展這種體系，改用聯(lián)方形拉索網(wǎng)格，使屋面膜單元呈菱形的雙曲拋物面形狀，并用于1996年亞特蘭大奧運(yùn)會體育館，其平面呈準(zhǔn)橢圓形，尺寸達(dá)24lmx192m。這類張拉式索-壓桿-膜體系，重量極輕，安裝方便，在大跨度和超大跨度建筑中極具應(yīng)用前景。
與世界先進(jìn)水平相比，中國在膜結(jié)構(gòu)方面的差距是十分明顯的。幾年來在理論研究方面做了不少工作，應(yīng)該說已建立起一定的理論儲備。在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面近年來也開始呈現(xiàn)比較活潑的勢頭。上海為迎接八運(yùn)會于1997年建成的體育場其看臺挑篷采用鋼骨架支承的膜結(jié)構(gòu)，總覆蓋面積36100平米，是我國首次在大型建筑上采用膜結(jié)構(gòu)；但所用膜材是進(jìn)口的，施工安裝也由外國公司進(jìn)行，價格較昂貴。值得指出的是，中國已出現(xiàn)了專門從事膜結(jié)構(gòu)制作與安裝的企業(yè)，他們已興建了幾個較小型的膜結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)膜材的質(zhì)量也正在改進(jìn)。各種跡象表明，膜結(jié)構(gòu)這一族富有潛力的大跨空間結(jié)構(gòu)新成員在我國的發(fā)展已露出桅尖。