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膜结构的几种基本方式
编辑:上海祥斐膜结构工程有限公司   发布时间:2020-06-10

  膜结构的形态是多种多样的。从其根本构成来看,绝大多数是由鞍形、伞形、拱支式和脊谷式这四种根本形状演变而来的。深化分析这四种典型结构方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知道。

  1.鞍形(saddle shape)

  鞍形曲面由四个不共面的角点和连接角点的边际构件围合而成,是典型的互反曲面方式。在这四个角点中,通常有两个对角点为高点(HP),另两个为低点(LP)。鞍形膜结构的边际构件可所以混凝土梁或空间钢桁架,即构成所谓的刚性鸿沟;也能够选用边索,经过对其施加较大的预张力构成柔性鸿沟。因为柔性鸿沟能够较好地适应膜面的变形,防止膜面在安装和受荷过程中呈现褶皱,因而较为常用。

  关于菱形平面的鞍形膜结构,可定义两对角点间的水平距离L为跨度,高点(或低点)与跨中点间的高差f为矢高,f/L为矢跨比(如图4b所示)。矢跨比是控制鞍形曲面形状的重要参数。矢跨比越大,膜面曲率越大,结构刚度就越好;通常矢跨比在1/8~1/12之间。

  鞍形膜结构的适用跨度较小,一般多用于膜结构小品中。

  2.伞形(conical shape)

  伞形膜结构也是常见的张拉膜结构方式之一。这种结构方式的特点在于,膜单元的周边相对方位较低,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,多经过独立柱、飞柱或悬挂环的支承来完成;整个膜面呈锥形(如图5所示)。为了防止在高点附近的膜材内部应力过大,当膜单元跨度较大时,可在高点和鸿沟支承点之间设置脊索,以改动结构内部的传力路径,防止膜材呈现应力集中。伞形曲面还能够倒置应用于工程中。

  3.拱支式(arch supported shape)

  拱支式膜结构以拱为膜材提供接连的支承点,结构平面多为圆形或近似椭圆形。当跨度较大时,常在中心拱与下部边际构件之间安置正交索网。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安置彼此平行的脊索、在两低点之间安置谷索,凹凸相间,曲面呈波浪形;脊索和谷索之间的膜面构成负高斯曲率曲面。当结构跨度较大或荷载较大时,还可在脊索和谷索之间恰当安置一些横向的加强索。脊谷式膜结构的结构平面多呈矩形,如图7所示。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。

  虽然上述四种根本方式的造型各不相同,但都遵从一个准则,即要经过刚性支承构件或连接件在膜面内构成一系列的高点和低点;这正是互反曲面的根本特征,即互反曲面的鸿沟不会位于同一平面内。掌握了这一准则,在实践设计中就能够依据支承构件的方式(桅杆、拱或吊环)及其对膜的支承方式(点支承或线支承),来选取恰当的膜结构造型方式。

  以上四种根本方式仅仅是为了加深了解所作的一种简略归纳,实践膜结构的形状远非如此简略,甚至能够说是鲜有相同;即便是这四种根本方式本身也能够有多种多样的变形。在实践设计时,切不能够拘泥于其间,而应掌握膜结构自然、流通的精华,创造出更多的新颖、特别的膜结构作品。

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