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(天达膜结构)膜结构的基本形式与结构体系

时间: 2019-05-05 09:05:33 点击量:100

膜结构是以厚度通常小于 1mm 的薄膜材料为主要受力 构件的表面张力结构。根据施加张力的媒介不同, 膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。

膜结构是以厚度通常小于 1mm 的薄膜材料为主要受力 构件的表面张力结构。根据施加张力的媒介不同, 膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。

1.充气膜结构的基本形式

充气膜结构通过向膜内充气而使膜面形成张力、维持设计的形状并承受荷载。充气膜结构的基本形式有气承式、 双层或多层气垫式、 气肋式等。

充气膜结构在膜结构发展的早期曾得到很大发展, 其典 型工程有 B. C. Place Stadium(Canada, 232m 190m, 1983, 气承 式) 、 GALET EXPO 2002( 103m 80m 71m, 双层气垫式)、 Fuji Group Pavilion (Expo70, 气肋式) 等。除了充空气外,日本的石井一夫教授还研究了 300m 150m 的充氦气悬浮膜 结构屋顶方案 , 而这一构想也被应用于我国深圳龙岗商业中心的工程设计中。尽管近年来膜结构的发展重点在张力膜结构上, 以英国 Eden Project 为代表的、利用以透明 ETFE 膜材做成的双层或多层气垫为基本单元的结构也很引人注目。

2、张拉膜结构的基本形式

张拉膜结构以钢索、钢结构构件等为边界, 通过张拉边界或顶升飞柱等手段给膜面施加张力, 以保持设计的形状并承受荷载。

张拉膜结构的基本外形有马鞍形、圆锥形( 伞形) 、拱支 承形、 脊谷式等,应用于实际工程的张拉膜结构常常是这些基本外形的组合。

张拉膜结构设计的一大特点是需要进行形态分析, 即通 常所说的找形。张拉膜结构的 自由造 型需要满足力学平 衡。事实上, 找形的目的不仅仅是找出一个满足平衡的形 状, 还包括对所找出曲面的预应力及刚度的分析, 或者说是 对曲面的病态判别及其修改。张拉膜结构的外形设计需要建筑师与膜结构专业技术人员共同完成。

张拉膜结构工程按支承结构及边界约束可分为三种类型, 即柔性支承体系、刚性支承体系、混合支承体系(刚性支承、柔性边界) 。

柔性边界膜结构和刚性支承、柔性边界膜结构, 以柔性的钢索为边界, 且连接膜节点板(Membrane Plate)与支承结构、已有建筑或锚固基础的连接段(Link)常做成长度可调节、在其他方向上可以转动,以较好地适应荷载作用下的变形及二次张拉。这种边界形式特别适用于采用 PVC 覆盖膜材的工程, 对设计及制作、安装的精度要求也相对较低。

刚性边界的膜结构, 膜面的所有边界都为刚性构件。相对于柔性边界而言, 刚性边界的膜结构造型更为简捷、 受工程场地约束少, 但其造型受边界的影响更为明显, 且精度要求更高。

3、膜结构的材料及其选用

与传统结构不同, 膜结构以柔性的薄膜和索为主要受力材料。要进行膜结构的工程设计, 必须了解其材料; 在方案建议阶段, 也需要就可供选择的材料作出比较并给出建议。

4、膜材的种类及其性能

用于建筑工程的薄膜材料可以分为织物类膜材和非织物类膜材两大类。其中织物类膜材常用的有聚氯乙烯涂层 覆盖聚酯纤维织物( 简称 PVC 膜材) 以及聚四氟乙烯涂 层覆盖玻璃纤维织物( 简称 PTFE 膜材); 非织物类膜材 则以乙烯- 四氟乙烯共聚物( ETFE) 薄膜最具代表性和竞争性


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