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「长春膜结构」膜布局概论

文章出处:润霖 人气:发表时间:2019-09-07 16:12

  膜布局的外形是由对其施加的预应力所决定的,不同的预应力将对应不同的外形。这样,膜布局的设计就打破了传统的"先建筑,后布局"的做法,要求建筑师要与布局工程师相互配合,共同确定膜布局的外形。 膜布局是艺术与技术完美结合的产品:充满张力自然曲线的空间膜体、高耸的桅杆、坚如射束的根根钢索、富于机械艺术表现魅力的钢制大型节点,都给人以别具一格的艺术感染力。

 

  从1955年膜布局的开拓者德国建筑师弗赖·奥托在德国联邦花园展示会上建造出第一座张拉膜布局至今,不过短短47年时间。然而,恰是在这近半个世纪里,随着建筑材质科学、计算机科学和施工技术的进步,膜布局建造技术获得了迅速的开展。
 

  早在20世纪七、八十年代,膜布局就已经在欧美国家中被广泛应用。空间形态的多样性和绚丽多姿的夜景效果使膜布局在当今天下局限内的建筑环境设计中占有举足轻重的地位。
 

  膜布局使用的膜材是一种强度高、柔韧性好的高分子材质,具备其它常规膜材(如:极易粘附灰尘和降解老化的遮阳或帐篷用膜材)所无法比拟的诸多优点:轻质、柔韧、耐久、防火、透光性好、不易被污染 “只有正确表达布局逻辑的建筑才有强大的说服力与表现力”这句话揭示了张拉膜布局的精髓。对于张拉膜布局,任何附加的支撑和修饰都是多余的,其布局本身就是造型;换句话说,不符合布局的造型是不可能的,由于那样的薄膜不是飘动的就是缺乏稳定性的。张拉膜布局的美就在于其“力”与“形”的完美结合。 张拉膜布局的底子构成单元通常有:膜材、索与支承布局(桅杆、拱或其余刚性构件)。
 

  膜材一种新兴的建筑材质,已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材质”。膜材本身不能受压也不能抗弯,以是要使膜布局正常工作就必须引入适当的预张力。此外,要保证膜布局正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统布局为了减小布局的变形就必须增加布局的抗力;而膜布局是通过改变形状来分散荷载,从而得到非常小内力增长的。当膜布局在平衡位置附近发现变形时,「膜结构看台」,可产生两种回复力:一个是由几何变形引起的;另一个是由材质应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,以是要使每一个膜片具备良好的刚度,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,也许是因为这个原因,有些文献上也把张拉膜布局叫做悬挂膜布局(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,使薄膜外观更易形成较大的曲率。
 

  有文献指出,「沈阳膜结构」,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布局提供附加支撑,从而保证不会因膜材的破损而造成支承布局的倒塌。
 

  膜布局设计主要包括如下内容:
 

  1,初始态分析:确保生产形状稳定、应力分布均匀的三维平衡曲面,并能够抵抗种种可能的荷载工况;这是一个反复修正的过程。
 

  2,荷载态分析:张拉膜布局自身重量很轻,仅为钢布局的1/5,混凝土布局的1/40;因此膜布局对地震力有良好的适应性,而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。因为当前观测资料尚少,故对膜布局的设计通常接纳安全系数法。
 

  3,主要布局构件尺寸的确定,及对支承布局的有限元分析。当支承布局的设计方法与膜布局不同时,应注意不同设计方法间的系数转换。
 

  4,连接设计:包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。
 

  5,剪裁设计:这一过程应具有必要的试验数据,包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值(应通过双轴拉伸试验确定)。
 

  膜布局在方案阶段需要考虑的问题有:


1,预张力的大小及张拉方式;


2,根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式;


3,「膜结构车棚」,考虑膜面及其固定件的形状以避免积水(雪);


4,关键节点的设计,以避免应力集中;


5,考虑膜材的运输和吊装;


6,耐久性与防火考虑。


在膜布局设计阶段所要考虑的要点有:


1,保证膜面有足够的曲率,以得到较大的刚度和美学效果;


2,细化支承布局,以充分表达通明的空间和轻巧的形状;


3,简化膜与支承布局间的连接节点,降低现场施工量。


膜布局钻研的主要问题有:


1,找形(Form-finding)或更进一步叫“形态理论”;


2,考虑膜材松弛和各向异性下的布局响应;


3,布局在风荷载作用下的动力稳定性;


4,裁剪优化;


5,膜与索及支承布局间的相互作用。



 

此文关键字:膜结构,张拉膜,膜结构车棚,膜结构景观

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