膜結構概念設計
從結構形式上可分為骨架式、拉伸式、充氣式膜結構3種形式。
1.骨架式膜結構(Frame Supported Structure)以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架后,在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高,因屋頂造型比較單純,開口部不易受限制, 且經濟效益高等特點,廣泛適用于任何大,小規模的空間。
2.張拉式膜結構(Tension Suspension Structure)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。除了實用創意、創新美觀的造型外,還可以表現出膜結、結構精神的形式。 近年來,大型管理跨距調整空間也多采用以控制鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐結構上部膜材的形式。因施工技術精度可以要求高,結構進行性能強,且具豐富的表現力,所以工程造價成本略高于骨架式膜結構。
3.充氣式膜結構(Pneumatic Structure)
充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊,應用送風體系讓室內氣壓上升到必定壓力后,使屋頂表里發生壓力差,以抵制外力,因應用氣壓來支持,及鋼索作為輔佐材,無需任何梁,柱支持,可得更大的空間,施工快速,經濟效益高,但需維持舉行24小時送風機運行,在繼續運轉及機器維護費用的成本上較高。
只有正確表達結構邏輯的建筑,才具有很強的說服力和表現力。\\ \"這句話揭示了緊張的本質 膜結構 \\ \"。對于張緊膜結構,任何額外的支撐和裝飾都是多余的,其結構本身就是造型;換句話說,不可能符合結構的形狀,因為這樣的薄膜要么飄動,要么不穩定。張力之美膜結構在于力與形的結合。
張拉膜結構的基礎構成單位平日有:膜材、索與支承結構(桅桿、拱或其他剛性構件)。
新型建筑材料膜材被公認為繼磚、石、混凝土、鋼材、木材之后的“第六大建筑材料”。膜材自身不克不及受壓也不克不及抗彎,所以要使膜結構正常工作就必須引入適當的預張力。此外,膜結構正常工作的另一個重要條件是形成倒數面。為了減小傳統結構的變形,必須提高結構的抗力,膜結構可以通過改變結構的形狀來分散荷載,從而獲得較小的內力增量。當膜結構\\ \"在平衡位置附近變形時,有兩種恢復力:一種是由幾何變形引起的;另一種是由材料應變引起的。通常通過幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以我們要使每一個膜片具有一個良好的剛度,就應盡量可以形成負高斯曲面,即沿對角發展方向進行分別研究形成“高點”和“低點”。“高點”通常是由桅桿來提供的,也許是由于這個原因,有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸掛膜結構(suspension membrane)。
作為索膜材的彈性邊界,索膜材被分成一系列的橫膈膜,從而減小了索膜材的自由支撐長度,使橫膈膜表面更容易形成較大的曲率。有文獻研究指出,膜材的自由支承長度一般不宜使用超過15米,且單片膜的覆蓋區域面積問題不宜大于500平米。此外,電纜的另一個重要功能是為桅桿等支撐結構提供額外的支撐,以確保支撐結構不會因膜材的損壞而倒塌。
膜結構停車棚設想首要包括以下內容:
1.初始狀態分析: 保證三維平衡面形狀穩定、應力分布均勻,并能抵抗各種可能的載荷條件,這是一個重復的修正過程。
圖2。荷載狀態分析: 受拉膜結構重量輕,僅為鋼結構的1/5,混凝土結構的1/40。因此膜結構對地震力有很好的適應性,對風也很敏感。此外,還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于缺乏觀測資料,膜結構通常采用安全系數法設計。
決定主要結構構件的尺寸及支撐結構的有限元分析。當支承結構的設計研究方法與膜結構不同時,應注意自己不同進行設計教學方法間的系數轉換。
4,連接進行設計:包括通過螺栓、焊縫和次要構件主要尺寸。
5.切削設計:這個過程要有必要的試驗數據,包括楊氏模量和膜材的切削補償值(應通過雙軸拉伸試驗確定)。
「膜結構」在計劃階段需要考慮的事項包括:
1,預張力的大小及張拉方式;
2,根據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,關鍵節點的設計,以避免應力集中;
5,考慮膜材的運輸和吊裝;
6,耐久性與防火考慮。
在「膜結構」張力設計階段,應考慮的要點包括:
1,保證膜面有沒有足夠的曲率,以獲得具有較大的剛度和美學教育效果。
2、細化支撐結構,充分表現出透明的空間和光線形狀。
3.簡化膜與支撐結構的連接節點,減少現場施工量。