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  • 型号: cmr-5005

膜结构建筑是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式。它打破了纯直线建筑风格的模式,以其独有的优美曲面造型,简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合,呈现给人以耳目一新的感觉,同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。

膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四大问题。通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量,确定各控制点的坐标、结构形式,选用膜材和施工方案。初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度,抗剪强主芤很差,因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预应力来提高,对膜结构而言,任何时候不存在无应力状态,因此膜曲面形状最终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡,并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。膜结构找形分析的方法主要有动力松弛法、力密度法以及有限单元法等。膜结构考虑的荷载一般是风载和雪载。在荷载作用下膜材料的变形较大,且随着形状的改变,荷载分布也在改变,因此要精确计算结构的变形和应力要用几何非线性的方法进行。荷载分析的另一个目的是一确定索、膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应力减少,这就要求施加初始张应力的程度要满足在最不利荷载作用下应力不致减少到零,即不出现皱褶。因为膜材料比较轻柔,自振频率很低,在风荷载作用下极易产生风振,导致膜材料破坏,如果初始预应力施加过高,膜材涂变加大,易老化且强度储备少,对受力构件强度要求也高,增加施工安装难度。因此初始预应力的确定要通过荷载计算来确定。经过找形分析而形成的摸结构通常为三维不可展空间曲面,如何通过二维材料的裁剪,张拉形成所需要的三维空间曲面,是整个膜结构工程中最关键的一个问题,这正是裁剪分析的主要内容。

膜结构建筑按结构分类

膜结构按结构可分为:骨格式膜结构、张拉式膜结构、充气式膜结构。详细见下图:

 

  膜结构建筑按结构分类

膜结构建筑形式的分类:

从结构上分可分为:骨架式膜结构,张拉式膜结构,充气式膜结构3种形式

1.骨架式膜结构(Frame Supported Structure)

以钢构或是集成材构成的屋顶骨架,在其上方张拉膜材的构造形式,下部支撑结构安定性高,因屋顶造型比较单纯,开口部不易受限制,且经济效益高等特点,广泛适用于任何大,小规模的空间。

 

  骨格式膜结构

2.张拉式膜结构(Tension Suspension Structure)

以膜材、钢索及支柱构成,利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安 定的形式。除了可实践具创意,创新且美观的造型外,也是最能展现膜结 构精神的构造形式. 近年来,大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求]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结构。

 

  张拉式膜结构

3.充气式膜结构(Pneumatic Structure)

充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边,利用送风系统让室内气压上升到一定压力后,使屋顶内外产生压力差,以抵抗外力,因利用气压来支 撑,及钢索作为辅助材,无需任何梁,柱支撑,可得更大的空间,施工快捷,经济效益高,但需维持进行24小时送风机运转,在持续运行及机器维护费用的成本上较高。

现今,城市中已越来越多地可以见到膜结构的身影。膜结构已经被应用到各类建筑结构中,在我们的城市中充当着不可或缺的角色:

一个城市的中心区反映一个城市的地理风貌和民族风情,同时,也是一个城市文化发展程度的标志。而景观设计要求其具有广泛的可读性、雅俗共赏,既有超凡脱俗的艺术价值,又能使大众喜闻乐见与大众息息相通。膜结构以其轻盈飘逸的造型、柔美并带有力量的曲线和大跨度和大空间的鲜明个性和标识性,应用于城市小品设计中。

绿色漫步道

近年来,在人口密集的大城市,在居住区周边配置绿色空间并有人行步道。居民可以在不受车辆的影响下,在居住区附近的街心地带轻松愉快地散步、休憩,而感到十分惬意。在绿色空间中构造一座膜小品或者走廊、亭台水榭、休憩遮阳伞等,不仅生动地美化了环境(如同广阔绿洲中的点点白帆),又有很强的功能性(人们可以在行走之暇小憩一会儿),而且增加了空间的参差感。

商业街

商业街在城市中占有相当大的比重。商业街的建筑与环境是城市文明的窗口,代表着物质 文明和精神文明的水平,同时,也是景观环境的重要组成部分。膜结构轻巧别致极具现代 化风格,且表现形式多样易于安装移动,在商业街设计中得以广用。

建筑入口及膜建筑屋顶

建筑入口使城市公共空间与建筑空间相邻的界面,成为城市空间的组成部分。它是人们视觉最先接触的部分,因此,除了功能以外,还应有很强的标识性,并能体现建筑的个性,是建筑环境和城市景观的重要组成部分。由于膜结构自然的曲线美是其他结构类型无法比拟的,故成为近来建筑入口及屋顶经常采用的形式。

步行街

利用膜结构轻巧,别致的造型建造各种半封闭,全封闭的不行空间,使其形成全天候的建 筑空间,提供防风雨,防日晒等人工环境,并有较好的广告标识效果,因此是步行街改造和新建的绝佳选择。

停车场

随着都市现代化步伐的加快,汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。中国由于汽车 工业高速发展,城市的汽车拥有量成倍上升,但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求,常常是车无停放之地。所以在建设群规划时就应充分考虑停车场的问题,把停车场的建设和规划当成现代城市建设规划的重要组成部分,变得越来越重要。同样,膜结构在停车场建设中也以其优美的造型和实在的功能担当重要角色。

高速公路收费站

在城市的入口处,设计拥有自己城市鲜明特色和文化韵味的建筑形式乃是每个城市发展的首选之作,而张拉膜以自己多变的特性,柔美的造型以及夜晚配合彩灯的照射所显示出特有的柔和的氛围更让过往着记忆深刻,同时极具现代感张拉膜又展现了一个城市的发展理念和思路。


膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。恰由于此,用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。

1、 轻质:张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多,但却具有良好的稳定性。建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件,将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。

2、 透光性:透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。膜材的透光性可以为建筑提供所需的照度,这对于建筑节能十分重要。对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。通过自然采光与人工采光的综合利用,膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。夜晚,透光性将膜结构变成了光的雕塑。

膜材透光性是由它的基层纤维、涂层及其颜色所决定的。标准膜材的光谱透射比在10%~20%之间,有的膜材的光谱透射比可以达到40%,而有的膜材则是不透光的。膜材的透光性及对光色的选择可以通过涂层的颜色或是面层颜色来调节。

通过膜材和透光保温材料的适当组合,可以使含保温层的多层膜具有透光性。即使光谱透射只有几个百分点,膜屋面对于人眼来说依然是发亮和透光的,具有轻型屋面的观感。

3、柔性:张拉膜结构不是刚性的,其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。膜结构通过变形来适应外荷载,在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小,直至能更有效抵抗该荷载。

张拉结构的灵活性使其可以产生很大的位移而不发生永久性变形。膜材的弹性性能和预应力水平决定了膜结构的变形和反应。适应自然的柔性特点可以激发人们的建筑设计灵感。

不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韧性极佳,不会因折叠而产生脆裂或是破损,这样的材料是有效实现可移动、可展开结构的基础和前提。

4、 雕塑感:张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。膜面通过张力达到自平衡。负高斯膜面高低起伏具有的平衡感使体型较大的结构看上去像摆脱了重力的束缚般轻盈地飘浮于天地之间。无论室内还是室外这种雕塑般的质感都令人激动。

 

  夜晚的灯光使膜结构具有强烈的雕塑感

张拉膜结构可使建筑师设计出各种张力自平衡、复杂且生动的空间形式。在一天内随着光线的变化,雕塑般的膜结构通过光与影而呈现出不同的形态。日出和日落时,低入射角度的光线将突现屋顶的曲率和浮雕效果,太阳位于远地点时,膜结构的流线型边界在地面上投入弯弯曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,经过设计的人工灯光也可使膜结构成为光的雕塑。

5、 安全性:按照现有的各国规范和指南设计的的轻型张拉膜结构具有足够的安全性。轻型结构在地震等水平荷载作用下能保持很好的稳定性。

由于轻型结构自重较轻,即使发生意外坍塌,其危险性也较传统建筑结构小。膜结构发生撕裂时,若结构布置能保证桅杆、梁等刚性支承构件不发生坍塌,其危险性会更小。

膜结构的柔性使其在任一荷载作用下均以最有利的形态承载。当然,结构的布置和形状要根据荷载情况来进行设计和调整。设计要确何膜面与其辅助结构协调工作,以避免力在膜面或辅助结构上集中而达结构破坏的临界值。


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