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膜结构的形状确定与建筑功能要求

2021-02-01  来自: 甘肃鑫德膜结构工程有限公司 浏览次数:3

膜结构的形状确定与建筑功能要求

 . 甘肃膜结构厂家膜结构的形与力

作为膜结构的主要构件,索和膜均不能抗弯和抗压,结构体系必须依靠曲面的张力维持其形状并抵抗外荷载。膜结构外形设计就是确定满足设计要求的平衡曲面和与此曲面对应的预张力值,也就是说,外形设计同时也是内力设计。这一过程,称之为 “找形”(form-finding)。

1.互反曲面的必要性

在几何上,根据曲面在两主曲率方向的曲率乘积,可将曲面分为正高斯曲面、零高斯曲面和

负高斯曲面三大类。正高斯曲面的两个主曲率半径均位于曲面的同侧,如球面;这类曲面也称为同向曲面(synclastic surface)。零高斯曲面在两主曲率方向中有一个方向的曲率为零,如柱面。负高斯曲面的两主曲率半径分别位于曲面的两侧,如鞍面;这类曲面也称为互反曲面(anticlastic surface)。前两类曲面较多应用于类似网壳结构那样的刚性结构中,而互反曲面则是索网结构和膜结构中常用的曲面形式。

2. 预张力的作用

对于甘肃膜结构,要保证结构的稳定,除了要具备空间曲面形状外,预张力也是不可缺少的要素。预张力对膜结构的作用可以概括为以下两个方面:

1)增加结构的刚度

2)维持结构的稳定

. 膜结构的典型形状

膜结构的形态是多种多样的。从其基本构成来看,绝大多数是由鞍形、伞形、拱支式和脊谷式这四种基本形状演变而来的。深入剖析这四种典型结构形式的曲面构成和力学特点,有助于增进对膜结构中形与力的认识。

1.鞍形(saddle shape

2.伞形(conical shape

伞形膜结构也是常见的张拉膜结构形式之一。这种结构形式的特点在于,膜单元的周边相对位置较低,多固定在刚性边梁或柔性边索上;在膜单元的中部设有一个或多个高点,多通过独立柱、飞柱或悬挂环的支承来实现;整个膜面呈锥形。为了避免在高点附近的膜材内部应力过大,当膜单元跨度较大时,可在高点和边界支承点之间设置脊索,以改变结构内部的传力路径,避免膜材出现应力集中。伞形曲面还可以倒置应用于工程中。

3.拱支式(arch supported shape

拱支式膜结构以拱为膜材提供连续的支承点,结构平面多为圆形或近似椭圆形。当跨度较大时,常在中间拱与下部边缘构件之间布置正交索网。拱支式膜结构多用于封闭式建筑中,如加拿大加尔格里的林赛公园体育中心(Li ndsay Park Sport s Cent er)就是典型的拱支式膜结构。

4.脊谷式(wave shape

脊谷式膜结构是在两高点之间布置相互平行的脊索、在两低点之间布置谷索,高低相间,曲面呈波浪形;脊索和谷索之间的膜面形成负高斯曲率曲面。当结构跨度较大或荷载较大时,还可在脊索和谷索之间适当布置一些横向的加强索。脊谷式膜结构的结构平面多呈矩形。美国的丹佛国际机场和加拿大的 Canada Place等,都是典型的脊谷式膜建筑。

尽管上述四种基本形式的造型各不相同,但都遵循一个原则,即要通过刚性支承构件或连接件在膜面内形成一系列的高点和低点;这正是互反曲面的基本特征,即互反曲面的边界不会位于同一平面内。把握了这一原则,在实际设计中就可以根据支承构件的形式(桅杆、拱或吊环)及其对膜的支承方式(点支承或线支承),来选取适当的膜结构造型形式。

以上四种基本形式仅仅是为了加深理解所作的一种简单归纳,实际膜结构的形状远非如此简单,甚至可以说是鲜有雷同;即便是这四种基本形式本身也可以有多种多样的变形。在实际设计时,切不可以拘泥于其中,而应把握膜结构自然、流畅的精髓,创造出更多的新颖、别致的膜结构作品。

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