當前位置:首頁 > 資訊中心 > 膜結(jié)構(gòu)知識 > 張拉膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容 返回
從結(jié)構(gòu)方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結(jié)構(gòu)3種形式。
1.骨架式膜結(jié)構(gòu)(Frame Supported Structure)以鋼構(gòu)或是集成材構(gòu)成的屋頂骨架后,在其上方張拉膜材的構(gòu)造形式,下部支撐結(jié)構(gòu)安定性高,因屋頂造型比較單純,開口部不易受限制,且經(jīng)濟效益高等特點,廣泛適用于任何大,小規(guī)模的空間。
2.張拉式膜結(jié)構(gòu)(Tension Suspension Structure)以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成,利用鋼索與支柱在膜材中導(dǎo)入張力以達安定的形式。除了可實踐具創(chuàng)意,創(chuàng)新且美觀的造型外,也是最能展現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)精神的構(gòu)造形式。近年來,大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構(gòu)成鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高,結(jié)構(gòu)性能強,且具豐富的表現(xiàn)力,所以造價略高于骨架式膜結(jié)構(gòu)。
3.充氣式膜結(jié)構(gòu)(Pneumatic Structure)充氣式膜結(jié)構(gòu)是將膜材固定于屋頂結(jié)構(gòu)周邊,利用送風(fēng)系統(tǒng)讓室內(nèi)氣壓上升到一定壓力后,使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差,以抵抗外力,因利用氣壓 來支撐,及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐,可得更大的空間,施工快捷,經(jīng)濟效益高,但需維持進行24小時送風(fēng)機運轉(zhuǎn),在持續(xù)運行及機器維護費用的成本上較高。
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括以下內(nèi)容:
1.初始態(tài)分析:確保生成形狀穩(wěn)定、應(yīng)力分布均勻的三維平衡曲面,并能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反復(fù)修正的過程。
2.荷載態(tài)分析:張拉膜結(jié)構(gòu)自身重量很輕,僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/5,混凝土結(jié)構(gòu)的1/40;因此膜結(jié)構(gòu)對地震力有良好的適應(yīng)性,而對風(fēng)的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少,故對膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計通常采用安全系數(shù)法。
3.主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定,及對支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法與膜結(jié)構(gòu)不同時,應(yīng)注意不同設(shè)計方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。
4.連接設(shè)計:包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。
5.剪裁設(shè)計:這一過程應(yīng)具備必要的試驗數(shù)據(jù),包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值(應(yīng)通過雙軸拉伸試驗確定)。
膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問題有:
1.預(yù)張力的大小及張拉方式;
2.根據(jù)控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式;
3.考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪);
4.關(guān)鍵節(jié)點的設(shè)計,以避免應(yīng)力集中;
5.考慮膜材的運輸和吊裝;
6.耐久性與防火考慮。
在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計階段所要考慮的要點有:
1.保證膜面有足夠的曲率,以獲得較大的剛度和美學(xué)效果;
2.細化支承結(jié)構(gòu),以充分表達透明的空間和輕巧的形狀;
3.簡化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點降低現(xiàn)場施工量。
膜結(jié)構(gòu)研究的主要問題有:
1.找形(Form-finding)或更進一步叫“形態(tài)理論”;
2.考慮膜材松弛和各向異性下的結(jié)構(gòu)響應(yīng);
3.結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動力穩(wěn)定性;
4.裁剪優(yōu)化;
5.膜與索及支承結(jié)構(gòu)間的相互作用。
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