摘要： 20世紀人們?yōu)殚_(kāi)放與交流而興建的建筑都有要求一個(gè)大的空間,其中有代表性的是體育、會(huì )議展覽和機場(chǎng) 建筑,并采用了不少引人注目的空間結構.文中評述了當代體育建筑中采用空間結構后些典型工程, 最后討論了另空間結構的發(fā)展水平和前景,并指出有必要扭轉結構形式與結構防護在設計上的被動(dòng)局面.
關(guān)鍵詞： 空間結構 結構藝術(shù)

一、前言

　　當世界即將邁入21世紀之際，回顧人類(lèi)發(fā)展的歷史，就可發(fā)現其中一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)就是其活動(dòng)空間的不斷改善與擴充。 遠古伊始，人類(lèi)或挖洞穴居、或構木為巢，僅是為爭取勝一個(gè)生存的空間，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們懂得運用各種材料建 造出更牢固、更舒適的空間。從古羅馬的圣彼得大教堂到當今英國正在興建的“千年穹頂”，其直徑由42m擴大到320m ，就是一個(gè)鮮明的例證。

　　20世紀人類(lèi)的活動(dòng)更加走向開(kāi)放，人們已不再閉關(guān)自守，而是不斷擴大國與國、洲與洲以至全世界范圍的交流。 這種需求必然會(huì )影響人類(lèi)建設的格局。在各種交流活動(dòng)中，體育比賽無(wú)異是一種最激動(dòng)人心的方式。因此，奧林匹 克體育競賽館、世界杯足球比賽場(chǎng)……就在世界各地堀起。學(xué)術(shù)、文化、藝術(shù)與商業(yè)上的交流促使一些大城市建成 了規模龐大的會(huì )議展覽中心，此外，各種臨時(shí)性與永久性的博覽會(huì )，也要求提供上萬(wàn)平方米的面積。為了進(jìn)行交流 ，人們要更多地乖坐飛機旅行，20世紀是噴氣式客機的世紀，因而大規模的候機大廳與飛機庫就在本世紀誕生。這 些建筑都有毫無(wú)例外地要求一個(gè)大的活動(dòng)空間，因而跨度大、自重輕、造型富于變化就成為這些建筑的共同特征， 有時(shí)還要求所圍護的空間能夠隨時(shí)開(kāi)啟與閉合�？v觀(guān)建筑結構的發(fā)展歷史，三維的空間結構是最能滿(mǎn)足以上要求的， 往往成為眾多結構方案中的首選。 [1、2]

　　在人類(lèi)古老的建筑中早就已經(jīng)出現了空間結構的痕跡,例如我國半坡遺址的居屋就是一個(gè)原始的空間骨架,而北 美印第安人從他們始祖繼承下來(lái)的棚屋,其以枝條搭成的穹頂與現代網(wǎng)殼則有驚人的類(lèi)似.其后,自歐洲文藝復興時(shí) 代所出現的教堂建筑,以磚石構成的穹頂雖然又厚又重,但在某種程度上仍體現了空間作用.然而現代空間結構的出 現,應該從20世紀初期興建的鋼筋混凝土薄殼算起,這應該道德歸功于先進(jìn)建筑材料—鋼鐵與混凝土的誕生.第二次 世界大戰之后,百廢待興,大量的建筑使空間結構走向蓬勃發(fā)展的康莊大道.50年代后期以桿件組成的空間網(wǎng)格結構 嶄露頭角,其中平板形的稱(chēng)為網(wǎng)架,曲面形的稱(chēng)為網(wǎng)殼.這種結構的桿件以鋼、木或鋁合金制成,通過(guò)節點(diǎn)組合成網(wǎng)狀 結構.以后又陸續出現了以受拉來(lái)主要受力特征的張拉結構,起初有以鋼索承重的懸索結構,其后則有以合成材料制 成建筑織物來(lái)受力的膜結構.就結構自重而言,從磚石穹頂的6400㎏/㎡減少到膜結構的10㎏/㎡,說(shuō)明了建筑結構飛 躍的進(jìn)步.因此,空間結構已成為本世紀建筑結構學(xué)科中最重要與最活躍的發(fā)展領(lǐng)域之一.

　　空間結構建造及其所采用的技術(shù)往往反映了一個(gè)國家建筑技術(shù)的水平,一些規模宏大、形式新穎、技術(shù)先進(jìn)的大 型空間結構也成為一個(gè)國家經(jīng)濟實(shí)力與建筑技術(shù)水平的重要標志.近年來(lái),世界各國在體育場(chǎng)館、會(huì )議展覽中心與機 場(chǎng)的大規模建筑中采用了不少引人注目功能的要求.集中反映了當今的世界潮流,下面擬就體育建筑中采用空間結構 后些典型工程加以評述,并對中國今后空間結構的發(fā)展提出一些看法.

二、當代工程進(jìn)展

　　體育建筑一直是空間結構應用的廣泛領(lǐng)域,其中網(wǎng)架又是在早期建造得最多的一種結構類(lèi)型,60年代在美國洛杉磯 加利福尼亞大學(xué)體育館采用的網(wǎng)架結構啟發(fā)下,中國用自己的力量設計與建造了首都體育館.當時(shí)加州大學(xué)體育館的尺 寸是91m×122m,采用正放四角錐網(wǎng)架,而首都體育館的尺寸則是99m×112m,采用兩向正交斜放網(wǎng)架.這個(gè)大跨度網(wǎng)架 的成功興建大大推動(dòng)了網(wǎng)架在體育建筑中的應用,此后一些省市的主體育館幾乎無(wú)一例外地都有采用網(wǎng)架結構.1990年 北京為亞運會(huì )所建設的13項大中型體育館中,就有半數以上采用了網(wǎng)架結構,可見(jiàn)其影響之深遠.

　　近年來(lái),可能由于平板型網(wǎng)架的外形過(guò)于單調,失去了建筑師們的偏愛(ài).另外,由于計算機的迅猛發(fā)民展使曲面形 網(wǎng)殼的設計與制作大為方便,因而在體育建筑中網(wǎng)殼的應用有逐步上升的趨勢，特別是穹頂幾乎風(fēng)靡了日本全國.

　　穹頂（dome）就其原意來(lái)說(shuō)是一個(gè)半圓形的頂蓋，而用網(wǎng)殼建造穹頂并非新事，早在本世紀初，德國工程師 施威德勒（Schwedler）就發(fā)明了一種肋環(huán)斜桿型的網(wǎng)殼，這種以他名字命名的網(wǎng)殼一直在圓形屋頂的建設流傳。 70年代美國休斯頓的宇宙穹頂（Astrodome）和新奧爾良的超級穹頂（Superdome）也分別以196m和207m的直徑 保持了多年的網(wǎng)殼大跨度記錄。90年代這種穹頂在日本得到了振興，其名稱(chēng)為被音譯為“多姆”（卜-）， 其外形也不限制為圓形了。一些城市的體育館都有被稱(chēng)為“多姆”，象大阪、名古屋、大館、熊本以及札幌、仙臺 等地已建成或準備興建的“多姆”就不下二來(lái)個(gè)。這種穹頂的特點(diǎn)是，不僅可以用作體育比賽，還可以用作多種文 化活動(dòng)與展覽的場(chǎng)所，這正符合了人們要求交流的需要，同時(shí)在建筑與結構上也有所創(chuàng )新.

　　日本名古屋穹頂（圖1）是當前世界上跨度最大的單層網(wǎng)殼。該體育館整個(gè)圓形建筑的直徑為229.6m, 支承在看臺框架柱頂的屋蓋直徑則有187.2m,采用以鋼管構成的三向網(wǎng)格.每個(gè)節點(diǎn)上都有六根桿件相交,采用直徑為 1.45m的加肋圓環(huán),鋼管桿件與圓環(huán)焊接,成為能承受軸向力與彎矩的剛性節點(diǎn).由于羅馬尼亞布加勒斯特穹頂的單層網(wǎng) 殼(直徑93.5m)在1961年的一次暴風(fēng)雪后出現過(guò)倒塌事故,大跨度的單層網(wǎng)殼一直被視為禁區.名古屋穹頂之所以獲得 突破性的進(jìn)展是與科研工作分不開(kāi)的.在設計中曾對各種荷載情況以及抗震、穩定與施工過(guò)程中的缺陷進(jìn)行了詳細的分析和研究.

　　大阪穹頂的中間部分是直徑為134m的雙層網(wǎng)殼,周?chē)�與寬16m的Y形鋼框架相連接,形成直徑為166m的圓形頂蓋.整個(gè) 網(wǎng)殼通過(guò)受拉環(huán)支承在九層高的框架上.如圖2所示,大阪穹頂在建筑上有一些特色,首先是在框架頂部建造了一圈作為 商業(yè)與文化娛樂(lè )用的拱形“節日大廳”,宛如浮云環(huán)繞著(zhù)穹頂.此外,穹頂上部的頂棚可以上下移動(dòng)以滿(mǎn)足不同的功能, 譬如體育比賽時(shí),頂棚向上升高,形成寬敞的空間,而舉行文藝演出時(shí),頂棚可以下調,以增強音響效果。

澳大利亞悉尼市為主辦2000年的奧運會(huì )而興建了一系列體育場(chǎng)館[3].其中國際水上運動(dòng)中心與用 作球類(lèi)比賽的展覽館采用了材料各異的網(wǎng)殼結構.水上運動(dòng)中心的屋蓋凈跨67m,采用帶拉桿的圓柱形網(wǎng)殼(圖3).鋼管 桿件沿斜向布置并將推力傳給邊桁架,沿縱向每隔25m設一道加勁拱形桁架.這樣形成的受力體系是:重力荷載由帶拉 桿的網(wǎng)殼拱肋承受,而穩定性與抗彎剛度則由加勁桁架提供.該館的一個(gè)特點(diǎn)是奧運會(huì )期間可向外增設8000個(gè)座位,為 此沿一側縱墻設置了一榀凈跨140m的拱形立體桁架,其斜桿用來(lái)懸吊網(wǎng)殼屋蓋并防止拱的側向壓屈。

　　皇家農學(xué)會(huì )的展覽館在奧運會(huì )期間用作排球、手球與羽毛球比賽之用,包括一個(gè)直徑100m的圓球形網(wǎng)殼與三個(gè)跨度為67m, 矩形平面的圓柱形網(wǎng).兩個(gè)網(wǎng)殼均為單層,采用三角形網(wǎng)格.桿件為膠合木梁,兩端以鋼節點(diǎn)連接,可承受壓力與彎矩.如此大跨度 的單層網(wǎng)殼,穩定性是結構設計上的主要考慮,三角形網(wǎng)格就可提供較強的剪切剛度防止局部失穩.此外圓球殼采用較大的矢高一 35m,圓柱殼則每隔3m6加設V形桁架相連系.膠合木梁的桿件穩定性則以固定在梁頂部的連續圓鋼管檁條來(lái)保證。

由于建筑織物這一新型材料的出現,使膜結構逐漸得到了應用。當代日本的穹頂開(kāi)始于東京的后樂(lè )園球場(chǎng)。這個(gè) 直徑204m的氣承式空氣膜結構以其最先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)維持屋蓋的安全。在此之間，美國的一些氣承式空氣膜結構體育館 曾多次發(fā)生事故。因此這個(gè)機械、電子與土建相結合的智能建筑多少消除了人們的擔心，也使日本建設省下決心批準這種空氣 膜結構可以作為永久性建筑。然而，曾幾何時(shí)，昂貴的運轉與維持費用又使后樂(lè )園背上了沉重的經(jīng)濟包袱，以致日本以后的穹 頂大多采用空間網(wǎng)格結構來(lái)支承膜屋面。

　　位于日本雪國秋田“空中穹頂”建于1990年，當時(shí)是僅次于后樂(lè )園的大型室內運動(dòng)場(chǎng)。建筑切取球體的一部分， 長(cháng)邊為130m，短邊為100m，高30m，采用骨架支承膜結構（圖4）。屋蓋的格構式空間拱系沿長(cháng)向為空腹拱、沿短向為鋼管拱， 交點(diǎn)為剛接。沿長(cháng)向還設置鋼索，以便對膜面施加張力，從而在屋面上形成V形槽溝，使雪易于滑落。另外利用緊貼膜面的鋼管 拱作為通道，向其中送暖風(fēng)，對屋蓋起融雪作用。屋面膜材為單層玻璃纖維織物涂敷特氟隆。這是位于寒冷地區的體育館采用 大跨度膜結構的成功范例。同樣位于秋田的大館穹頂，其屋面也采用了V形膜面，但為雙層，支承骨架則是膠合木拱。這個(gè)平 面為卵形的網(wǎng)殼（178m×157m）因地制宜地采用了當地生產(chǎn)的木材，成為當前世界上最大的木穹頂。值得注意的是，有一些大 跨度網(wǎng)殼采用了木結構，一方面是利用木材便于受壓的特點(diǎn)，一方面也是由于當前“綠色建筑”的潮流所驅使。

　　日本熊本公園體育場(chǎng)，不像東京后樂(lè )園那樣采用全封閉的氣承式空氣膜結構，而是在主屋蓋部分采用了雜交索加強雙 層氣承式空氣膜結構，其基本設計思想是使屋蓋像浮云一樣覆蓋在大地上。雙層空氣膜結構直徑為107m，中心部分設置了高 14m的圓錐形鋼結構中心環(huán)。中心環(huán)與周?chē)�的環(huán)狀桁架之間由上下各48根鋼索連接并覆蓋以膜材，完工后向雙層膜中加壓， 以保持其設計開(kāi)頭結構體系和雙層空氣膜的構成如圖5所示。熊本穹頂是由傳統的氣脹式空氣膜結構和車(chē)輪型索結構復而成。 鋼索不僅是作為膜的加強材料，也是主要的承重結構，形成了融合兩種特色的雜交結構。

　　70年代，美國蓋格爾總結了氣承式空氣膜結構的經(jīng)驗教訓，在已故著(zhù)名結構專(zhuān)家富勒創(chuàng )始的“張拉整體”（Tensegrity） 體系這一概念的基礎上，首先提出了以索、膜與壓桿組成的“索穹頂”設計，荷載從中心受拉環(huán)通過(guò)一系列幅射狀脊索、受拉 環(huán)索與斜拉索，傳到周?chē)�的受壓圈梁上。這種結構成功地被用在1986年韓國漢城奧運會(huì )的體操館與擊劍館上，其直徑分別為 120m與93m。其后索穹頂得到了不斷地創(chuàng )新與發(fā)展，用于美國伊利諾斯州立大學(xué)紅鳥(niǎo)體育館（橢圓形91m×77m）、臺灣桃園體育館 （直徑136m）以及佛羅里達的太陽(yáng)海岸穹頂等工程其中跨度最大的是太陽(yáng)海岸穹頂（圖6），由于直徑達210m，設置了四道受拉環(huán)索， 為了滿(mǎn)足棒球比賽的要求，屋蓋傾斜為6°，最高點(diǎn)離地面68m，使空間符合飛球的射線(xiàn)。玻璃纖維膜材敷設在主結構的脊索與幅射狀的 谷索之間，后者將膜材下壓并張緊，同時(shí)也便于排水。

　　美國李維也繼承了“張拉整體”的構想，并采用了富勒以三角形為基礎的屋蓋體系，開(kāi)始稱(chēng)為“雙曲拋物面一張拉整體穹頂”， 以后注冊“騰星”（Tenstar）穹頂，其處女代表作就是1996年在美國亞特蘭大舉行的奧運會(huì )主館—佐治亞穹頂。這個(gè)尺寸為235m×186m 的擬橢圓形索膜結構構成為世界上最大的室內體育館。穹頂的上索網(wǎng)采用三角形網(wǎng)格，膜采用菱形單元以便形成具有足夠剛度的雙曲拋物面。 以后這種穹頂又用于阿根廷的拉普拉達體育場(chǎng)，平面由兩個(gè)重疊的圓（直徑為85m，圓心相距48m）組成，具有雙峰的外形。兩個(gè)騰星穹頂支 承在看臺頂部周邊三角形桁架和中間鋼拱架上。屋面采用22%透光率的新型織物，加上周邊開(kāi)敞和良好的通風(fēng)系統，使得草坪得以生長(cháng)。

在所有的體育建筑中，體育場(chǎng)可說(shuō)是變化最大的，也最富有特點(diǎn)。最初的體育場(chǎng)不過(guò)是一片沒(méi)有遮蔽的露天場(chǎng)地，周?chē)�設置了一些看臺 ，以后勤部部分看臺上加了挑蓬，其懸挑的跨度不過(guò)十來(lái)米。隨著(zhù)需求的增長(cháng)和技術(shù)的進(jìn)步，不但懸挑跨度越來(lái)越大，覆蓋的范圍也發(fā)展到 了全部看臺，僅留下了中央的一部分露天比賽場(chǎng)。然而，體育場(chǎng)的發(fā)展并未到此為止，中間部分的頂蓋還能做成晴天開(kāi)敞、雨天遮蔽的開(kāi)閉 結構，以至體育場(chǎng)和體育館之間已沒(méi)有什么嚴格的界限了。

　　近代體育場(chǎng)的興起首先要歸功于世界杯足球賽，因為每次比賽都要在若干個(gè)城市的足球場(chǎng)上進(jìn)行角逐，像1990年世界杯賽在意大利舉行， 就新建或改建（加蓋）了11座體育場(chǎng)。其中羅馬奧運會(huì )體育場(chǎng)原建于1960年，平面尺寸為308m×237m，改建時(shí)采用了以幅射狀索桁架與受拉 內環(huán)相結合的結構體系，懸挑跨主工業(yè)區50m。新建的巴里足球與田徑場(chǎng)則以成對的懸挑箱形鋼拱作為承重結構，最大懸挑跨度為26m。兩者 都采用涂敷特氟隆的玻璃纖維布作為屋面。

　　此外，世界上一些主要城市也都需要一個(gè)達到國際標準、觀(guān)眾席在3萬(wàn)人以上的體育場(chǎng)。正因為這個(gè)原因，香港在1994年對原有的露天 下政府大球場(chǎng)進(jìn)行擴建，將觀(guān)眾席增加至4萬(wàn)。由于現存的鋼筋混凝土看臺已不堪重負，在結構布置上另辟蹊徑，即沿球場(chǎng)長(cháng)向設置兩鉸 落地拱，來(lái)承擔部分屋蓋重量。拱與看臺邊梁之間架設曲線(xiàn)形立體桁架，其上鋪以膜材，形成折線(xiàn)形屋面。鋼拱跨度為240m，矢高50m ，采用3.m5方形截面.立體桁架的跨度在4m0至55m之間,為三角形截面,高3.5m桁架之間設有谷索用來(lái)張緊膜材(圖7).

　　作為2000年奧運會(huì )主辦城市的悉尼,理所當然地需要建設一座大型體育場(chǎng),其設計規模為8萬(wàn)人,奧運會(huì )期間可擴充到11萬(wàn)人. 結構布置類(lèi)似香港體育場(chǎng),也是沿長(cháng)向設置兩鉸落地拱,跨度達290m,但看臺屋蓋則是采用了兩片新月形的雙曲拋物面網(wǎng)殼,這樣的 幾何造型更美觀(guān),同時(shí)雙曲面也能發(fā)揮其空間作用.鋼拱為三角形截面的格構式桁架,最大高度12.m,每個(gè)網(wǎng)殼覆蓋了大約220m×70m 的面積,為雙層鉸接,最大厚度4.5m,網(wǎng)格尺寸為10m,網(wǎng)殼上覆蓋以半透明的聚碳酸脂屋面板。

　　作為采用膜結構的挑蓬來(lái)說(shuō),以受拉內環(huán)、索桁架與受壓圈梁相組合的結構體系是一種適宜的選型.1990年羅馬奧運會(huì )體育場(chǎng)擴建, 1993年德國斯圖加特為舉辦世界田徑錦標賽將原有體育場(chǎng)改建都采用了這種形式.1998年馬來(lái)西亞吉隆坡為英聯(lián)邦運動(dòng)會(huì )新建了一 個(gè)10萬(wàn)人體育場(chǎng),其平面尺寸為286m×255.6m,看臺的挑蓬跨度達66.5m.和前兩個(gè)體育場(chǎng)不同的是它的受拉內環(huán)做成雙層,上下索之 間以高18～20m的鋼柱相連系,周?chē)�的受壓圈梁則為Ф1400㎜×35㎜的鋼管.在受拉內環(huán)與圈梁之間有36榀幅射狀的索桁架,其上設置 了帶拉桿的鋼管拱,拱與拱之間可形成馬鞍形膜屋面,膜材采用了聚氯乙烯樹(shù)脂，外加一層含氟高分子的保護層。

三、中國的發(fā)展水平與前景

　　自從50年以來(lái)，中國在空間結構領(lǐng)域獲得了長(cháng)足的進(jìn)步，不論是工程應用或理論研究方面均在國際上占有一席之地，網(wǎng)架結 構的應用范圍與面積已位居世界各國前列，像首都體育館上上海體育館這樣萬(wàn)人級的體育館仍是大跨度網(wǎng)架結構中的佼佼者，近 年來(lái)網(wǎng)殼結構逐漸興起，在體育館建設中頗有取代網(wǎng)架之勢。天津市體育館的雙層球形網(wǎng)殼，直徑有135m，黑龍江速滑館的主體 結構采用由中央圓柱面與兩端半圓球面組成的雙層網(wǎng)殼，其輪廓尺寸為86.2m×191.2m.中國的懸索結構早在60年代即已起步[4], 當時(shí)曾建造了直徑94m的圓形雙層懸索,用于北京工人體育館.其后在安徽體育館等工程上采用的橫向加勁懸索體系,以及在吉林滑冰館采用的 空間雙層索系,都體現了中國在這方面的創(chuàng )新.相形之下,同屬于張拉體系的膜結構,在中國的發(fā)展還比較落后.但最近建成的上海體育場(chǎng)馬鞍形 看臺挑蓬,采用懸挑鋼桁架覆以傘形膜材,是中國的第一個(gè)大跨度膜結構,雖然其技術(shù)與材料主要還依靠國外,但對中國膜結構的發(fā)展必然將起 推動(dòng)作用.值得提出的是,中國在制定空間結構技術(shù)規范的工作上在世界上是獨樹(shù)一幟的,有關(guān)薄殼、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索等的規程與標準,有的 已經(jīng)頒發(fā),有的正在編制,這些技術(shù)文件是中國在空間領(lǐng)域內工程實(shí)踐和科研成果的結晶.

　　展望未來(lái),中國正沿著(zhù)改革開(kāi)放道路闊步前進(jìn),隨著(zhù)交流的進(jìn)一步擴大,必將建設更多的體育、展覽、會(huì )議和機場(chǎng)建筑.這將為空間結構的 發(fā)展提供一個(gè)好的機會(huì ).經(jīng)驗證明,為了推動(dòng)應用,相應的理論研究是必不可少的,過(guò)去,這些工作也有必要繼續進(jìn)行下去,以冀空間結構不斷 獲得理論儲備[5].根據國外的經(jīng)驗,還有兩個(gè)薄弱環(huán)節嚴重地影響著(zhù)中國空間結構的向前發(fā)展,即結構形式和結構防護,必需及 早扭轉目前的被動(dòng)局面.

　　空間結構最大的優(yōu)點(diǎn)在于它形式的多樣化.然而,在設計過(guò)程中結構工程師往往是被動(dòng)地去滿(mǎn)足建筑師所提出的建筑造型,而不是在設計 一開(kāi)始就主動(dòng)地參與確定形式,這對于初始形狀不確定的張拉結構就更不合理了,決定結構形式不僅要依靠設計者的直覺(jué)和靈感,也要更多地 采用理性的科學(xué)方法.近年來(lái)在國外已出現了好幾種“工具”可用來(lái)研究結構形式.

　　首先是結構形態(tài)學(xué)（Structural Morphology）[6],它專(zhuān)門(mén)研究結構承重構件與形式之間的關(guān)系,包含了形狀、材料、荷載與結構體系四大要素,這就需要建筑與 結構的設計研究人員共同參與.位于美國亞利桑那州沙漠中的“生物圈”2（Biosphere 2）,采用了全封閉的空間網(wǎng)格結構,這個(gè)建筑就是根 據結構形態(tài)學(xué)的原理而設計的.其欠,結構優(yōu)化已經(jīng)被成功地運用在大量生產(chǎn)的汽車(chē)和飛機設計中,而采用復雜程度更高的形狀與拓樸優(yōu)化對 于空間結構也具有巨大的潛力.為此,結合特定的材料、考慮多工況與多目標函數、以造價(jià)為推動(dòng)力,都是使結構優(yōu)化進(jìn)入實(shí)用的必要條件. 德國拉姆（Ramm）等對殼體開(kāi)頭與厚度的優(yōu)化具有啟發(fā)意義[7],中國對網(wǎng)架高度與網(wǎng)格的優(yōu)化成果已被列入設計規程中.此外, 日本半谷裕彥提出“形態(tài)分析”則從另一個(gè)角度來(lái)研究,結構形式,所謂“形”（form）是指結構的曲面形狀與厚度,所謂“態(tài)”（system） 則指網(wǎng)格的劃分、層數以及構件的拓樸等.形態(tài)分析是在設計過(guò)程中采用廣義逆矩陣的解析與系統方法[8].

　　空間結構除了靜荷載之外,還要承受像地震或風(fēng)之類(lèi)的動(dòng)力作用.一般結構設計都是有多大的力就配以多大的截面,處于被動(dòng)地位,而更積極的 辦法是采用阻尼器等措施減少作用力,對地震或風(fēng)進(jìn)行主動(dòng)的防護.早在1964年,日本東京代代木體育館的懸索結構就曾在主索上采用了油阻尼器 以防止未能預計的強風(fēng)對結構的危害,但以后在空間結構中未得到推廣.近年來(lái),國外在高層與高聳結構中常采用主動(dòng)或被動(dòng)的阻尼裝置來(lái)減輕動(dòng) 力作用的影響,這種經(jīng)驗也被引用到大跨度結構中.舊金山國際機場(chǎng)候機大廳中,用以支承大跨度鋼桁架的柱腳步與基礎間就設置了基底隔震器, 可以抵御8級以上的地震,是世界上最大的采用基底隔震的結構.另外,臺灣一座火車(chē)站的大跨度殼體屋蓋,以26對吊桿懸吊在一對跨長(cháng)174m的鋼索 上,為了減少對懸掛屋蓋的風(fēng)振,設置了8對粘彈性阻尼器[9].目前還有人研究在網(wǎng)殼上設置調頻質(zhì)量阻尼器(TMD)作為被動(dòng)減震的手段. 因此,不斷探索對結構形式與結構防護的有效方法,必將使空間結構更加合理、經(jīng)濟與安全.