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什么是张拉式膜結構?

什么是张拉式膜結構?

發布日期:2018-11-09 作者: 點擊:

以膜材、鋼索及支柱構成,利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安定的形式。除了可實踐具創意,創新且美觀的造型外,也是最能展現膜結構精神的構造形式。近年來,大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因對于膜結構車棚厂家来说施工精度要求高,结构性能强,且具丰富的表现力,所以造价略高于骨架式膜結構。

张拉膜結構是指通过拉索将膜材料张拉于结构上而形成的,张拉膜結構也可称为张拉式索膜結構,是由稳定的空间双曲张拉膜面、支承桅杆体系、支承索和边缘索等构成的结构体系。张拉膜結構由于具有形象的可塑性和结构方式的高度灵活性、适应性,所以此种方式的应用极其广泛。张拉膜結構又可分为索网式、脊索式等。河北膜結構車棚中的张拉膜結構体系富于表现力、结构性能强,但造价稍高,施工要求也高。

张拉膜結構是建筑结构中最新发展起来的一种形式,自从1970年代以来, 膜結構在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。城市的交通樞紐是城市命脈的關鍵性建築,使用功能要求建築物各組成单元的标志明确。因而近来年,这类建筑越来越多采用膜結構。建筑膜材料的使用寿命为25年以上。在使用期间,在雪或风荷载作用下均能保持材料的力学形态稳定不变。建成於1973年的美国加州La Verne大学的学生活动中心是已有23年历史的张拉膜結構建筑.跟踪测试与材料的加载与加速气候变化的试验,证明它的膜材料的力学性能与化学稳定性指标下降了20%至30%,但仍可正常使用。膜的表层光滑,具有弹性,大气中的灰尘、化学物质的微粒极难附著与渗透,经雨水的冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性。

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张拉整体结构(Tensegrity)是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的网状杆系结构,其中「不连续的压杆」的含义是压杆的端部互不接触,即一个节点上只连接一个压杆。 Tensegrity是美国建筑R.B.Fuller首先提出的一种结构思想,他认为宇宙的运行就是按照张拉整体的原理进行的,即万有引力是一个平衡的张力网,各个星球是这个网中的一个个独立的孤立点。这种结构体系中的索网就相当於宇宙中的万有引力,独立的受压杆件相当於宇宙中的星球。

只有正確表達結構邏輯的建築才有強大的說服力與表現力”這句話揭示了膜結構停车棚中张拉膜結構的精髓。对于张拉膜結構,任何附加的支撑和修饰都是多余的,其结构本身就是造型;换句话说,不符合结构的造型是不可能的,因为那样的薄膜不是飘动的就是缺乏稳定性的。张拉膜結構的美就在于其“力”与“形”的完美结合。 张拉膜結構的基本组成单元通常有:膜材、索与支承结构(桅杆、拱或其他刚性构件)。

膜材一种新兴的建筑材料,已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。膜材本身受压不大,抗弯也不是很好,所以要使膜結構正常工作就必须引入适当的预张力。此外,要保证膜結構正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力;而膜結構是通过改变形状来分散荷载,从而获得最小内力增长的。当膜結構在平衡位置附近出现变形时,可产生两种回复力:一个是由几何变形引起的;另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,所以要使每一个膜片具有良好的刚度,就应尽量形成负高斯曲面,即沿对角方向分别形成“高点”和“低点”。“高点”通常是由桅杆来提供的,也许是由于这个原因,有些文献上也把张拉膜結構叫做悬挂膜結構(suspension membrane)。 索作为膜材的弹性边界,将膜材划分为一系列膜片,从而减小了膜材的自由支承长度,使薄膜表面更易形成较大的曲率。有文献指出,膜材的自由支承长度不宜超过15米,且单片膜的覆盖面积不宜大于500平米。此外,索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑,从而保证不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。

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