膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)是多種多樣的。從其基本構(gòu)成來看,絕大多數(shù)是由鞍形、傘形、拱支式和脊谷式這四種基本形狀演變而來的。
1、鞍形
鞍形曲面由四個不共面的角點和連接角點的邊緣構(gòu)件圍合而成,是典型的互反曲面形式,在這四個角點中,通常有兩個對角點為高點,另兩個為低點。鞍形膜結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件可以是混凝土梁或空間鋼桁架,即形成所謂的剛性邊界;也可以采用邊索,通過對其施加較大的預(yù)張力形成柔性邊界。由于柔性邊界可以較好地適應(yīng)膜面的變形,避免膜面在安裝和受荷過程中出現(xiàn)褶皺,因而較為常用。鞍形膜結(jié)構(gòu)的適用跨度較小,一般多用于膜結(jié)構(gòu)小品中。
2、傘形
傘形膜結(jié)構(gòu)也是常見的張拉膜結(jié)構(gòu)形式之一。這種結(jié)構(gòu)形式的特點在于,膜單元的周邊相對位置較低,多固定在剛性邊梁或柔性邊索上;在膜單元的中部設(shè)有一個或多個高點,多通過獨立柱、飛柱或懸掛環(huán)的支承來實現(xiàn);整個膜面呈錐形。為了避免在高點附近的膜材內(nèi)部應(yīng)力過大,當(dāng)膜單元跨度較大時,可在高點和邊界支承點之間設(shè)置脊索,以改變結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳力路徑,避免膜材出現(xiàn)應(yīng)力集中。傘形曲面還可以倒置應(yīng)用于工程中。
3、拱支式
拱支式膜結(jié)構(gòu)以拱為膜材提供連續(xù)的支承點,結(jié)構(gòu)平面多為圓形或近似橢圓形。當(dāng)跨度較大時,常在中間拱與下部邊緣構(gòu)件之間布置正交索網(wǎng)。拱支式膜結(jié)構(gòu)多用于封閉式建筑中。
4、脊谷式
脊谷式膜結(jié)構(gòu)是在兩高點之間布置相互平行的脊索、在兩低點之間布置谷索,高低相間,曲面呈波浪形;脊索和谷索之間的膜面形成負高斯曲率曲面。當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度較大或荷載較大時,還可在脊索和谷索之間適當(dāng)布置一些橫向的加強索。脊谷式膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平面多呈矩形。
盡管上述四種基本形式的造型各不相同,但都遵循一個原則,即要通過剛性支承構(gòu)件或連接件在膜面內(nèi)形成一系列的高點和低點;這正是互反曲面的基本特征,即互反曲面的邊界不會位于同一平面內(nèi)。把握了這一原則,在實際設(shè)計中就可以根據(jù)支承構(gòu)件的形式(桅桿、拱或吊環(huán))及其對膜的支承方式(點支承或線支承),來選取適當(dāng)?shù)哪そY(jié)構(gòu)造型形式。