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张拉膜膜结构的结构特点

张拉膜结构是指通过拉索将膜材料张拉于结构上而形成的,张拉膜结构也可称为张拉式索膜结构,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。张拉膜结构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。张拉膜结构又可分为索网式、脊索式等。张拉膜结构体系富于表现力、结构性能强,但造价稍高,施工要求也高张拉膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式,自从1970年代以来, 膜结构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。
只有正确表达结构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结构的精髓。对于张拉膜结构,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。张拉膜结构的美就在于其“力”与“形”的完美结合。 张拉膜结构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,所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。此外,要保证膜结构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;而膜结构是通过改变形状来分散荷载,从而获得最小内力增长的。当膜结构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结构叫做悬挂膜结构(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。
一、膜结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数的设计表达式进行计算。
二、膜结构应根据建筑物的性质和等级、使用年限、使用功能、结构跨度、防火要求、地区自然条件及膜材的耐用年限等要求进行膜材选用。
三、膜结构的设计应根据荷载、支承条件、制作加工、施工工况及其它特殊条件进行。
四、膜结构的设计内容包括形状设计、荷载分析、裁剪设计、配件设计、支承结构设计。
五、对膜结构的形状设计、荷载分析、裁剪设计,应在考虑施工过程的基础上进行一体化的设计。
六、膜材只能承受拉力,不能承受压力和弯矩。
七、膜面的最大主应力应小于膜材的强度设计值,在荷载长期作用下,最小主应力应大于等于维持其初始平衡形状的应力值。
八、膜结构一体化设计时,应考虑膜材的松弛、徐变、老化。
九、膜结构设计时,应考虑使用阶段膜材替换对整体结构的影响。
十、膜结构设计应考虑膜材破坏时,支承结构仍应保持自身的强度、刚度及稳定性。
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