适用专业：土木工程专业

讲授课程：材料力学

讲授章节：1.5 杆件变形的基本形式

切入点：在讲解第一章第5节杆件基本形式的概念时，讲解了杆件受力和变形的各自特点，正是充分发挥了杆件在不同受力状态的力学特点，使之受力更加合理，才有了大跨度工程结构。

讲授目的及效果：通过讲述广泛应用的大跨度空间结构，说明杆件轴向拉、压变形的优点。引导学生，正确认识自己的长处与缺点，认识团队各成员的优点，使团队成员各司其职、团结协作才能取得更大成绩。

1863年，德国柏林建造了第一个30m直径的钢结构穹顶，这可谓是第一个真正意义上的网壳结构，由施威德勒(Schwedler J W)设计，形式是以若干圆弧形拱汇交到一个顶环，形成辐射型体系，再加若干道中间水平环以及同一方向斜杆，形成被后人称道的“施威德勒穹顶” 。

1993年，日本福冈开合式穹顶体育馆直径为222m，采用由三块扇形平面可旋转的球面网壳组成，现为世界上最大的开合穹顶。

日本福冈巨蛋体育馆开合式穹顶

2008年，我国国家体育场采用的“鸟巢”方案，建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，场内观众坐席约为91000个。

国家体育场

2019年，国家速滑馆采用“冰丝带”方案，为国内最大跨度的单层双曲面索网结构，呈“马鞍”造型，最大跨度达到200米。

国家速滑馆

以网壳结构为例说明大跨空间结构的特点，网壳结构是半个世纪以来发展最快，应用最广的一种空间结构形式之一，它具有如下的优点：

（1）网壳结构为三维结构，兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，结构刚度大，受力合理，空间跨越能力强。

（2）网壳结构可以用小型构件组装成大型结构，小型构件和连接节点可以在工厂预制，走工业化的道路，现场安装简便，不需要大型的机具设备，施工速度快，因此综合经济技术指标好。

（3）网壳结构的分析计算已经相当成熟，大型的通用程序和计算机辅助设计现已应用相当广泛，为网壳结构的设计应用与科学研究创造了有利条件。

网壳结构同时也存在的一定的缺点：

（1）杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的变化，对网壳结构的内力、整体稳定和施工影响较大，为减少初始缺陷，对于杆件和节点的加工精度要求很高。

（2）网壳结构可以构成大空间，但当矢跨比很大时，曲面外形增加了屋面的面积和不必要的建筑空间，有些空间是不能利用的，并使能源消耗增加，屋面构造也较复杂。

强调学生思考空间结构与传统建筑结构的差别，为什么由最简单的杆件组成的空间结构的跨越能力可以这么强？这些最简单的杆件承受什么类型的荷载，发生什么类型的变形？

启发学生意识到无论多么高大的平台、多么复杂的工程或者多么杰出的作品，都是由最简单的部分组成的。要充分认识到团队与个人的关系，既要以整体利益为先，又要充分发挥各成员的优点。如果团队中的各成员都可以发挥所长，各司其职，那么该使团队和各成员都可以发挥最大价值！