膜結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)有哪些呢?下面跟隨孝感膜結(jié)構(gòu)廠家一起來(lái)看看吧。
1.骨架式膜結(jié)構(gòu)(Frame Supported Structure)
以鋼構(gòu)或是集成材構(gòu)成的屋頂骨架后,在其上方張拉膜材的構(gòu)造形式,下部支撐結(jié)構(gòu)安定性高,因屋頂造型比較單純,開(kāi)口部不易受限制, 且經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn),廣泛適用于任何大,小規(guī)模的空間。
2.張拉式膜結(jié)構(gòu)(Tension Suspension Structure)
以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成,利用鋼索與支柱在膜材中導(dǎo)入張力以達(dá)安 定的形式。除了可實(shí)踐具創(chuàng)意,創(chuàng)新且美觀的造型外,也是更能展現(xiàn)膜結(jié) 構(gòu)精神的構(gòu)造形式. 近年來(lái),大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構(gòu)成 鋼索網(wǎng)來(lái)支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高,結(jié)構(gòu)性能強(qiáng),且具豐 富的表現(xiàn)力,所以造價(jià)略高于骨架式膜結(jié)構(gòu)。
3.充氣式膜結(jié)構(gòu)(Pneumatic Structure)
充氣式膜結(jié)構(gòu)是將膜材固定于屋頂結(jié)構(gòu)周邊,利用送風(fēng)系統(tǒng)讓室內(nèi)氣 壓上升到一定壓力后,使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差,以抵抗外力,因利用氣壓 來(lái)支撐,及鋼索作為輔助材,無(wú)需任何梁,柱支撐,可得更大的空間,施工 快捷,經(jīng)濟(jì)效益高,但需維持進(jìn)行24小時(shí)送風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),在持續(xù)運(yùn)行及機(jī)器 維護(hù)費(fèi)用的成本上較高。
只有正確表達(dá)結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才有強(qiáng)大的說(shuō)服力與表現(xiàn)力”這句話揭示了張拉膜結(jié)構(gòu)的精髓。對(duì)于張拉膜結(jié)構(gòu),任何附加的支撐和修飾都是多余的,其結(jié)構(gòu)本身就是造型;換句話說(shuō),不符合結(jié)構(gòu)的造型是不可能的,因?yàn)槟菢拥谋∧げ皇秋h動(dòng)的就是缺乏穩(wěn)定性的。張拉膜結(jié)構(gòu)的美就在于其“力”與“形”的完美結(jié)合。
張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有:膜材、索與支承結(jié)構(gòu)(桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件)。
膜材一種新興的建筑材料,已被公認(rèn)為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之后的“第六種建筑材料”。膜材本身不能受壓也不能抗彎,所以要使膜結(jié)構(gòu)正常工作就必須引入適當(dāng)?shù)念A(yù)張力。此外,要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個(gè)重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了減小結(jié)構(gòu)的變形就必須增加結(jié)構(gòu)的抗力;而膜結(jié)構(gòu)是通過(guò)改變形狀來(lái)分散荷載,從而獲得更小內(nèi)力增長(zhǎng)的。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時(shí),可產(chǎn)生兩種回復(fù)力:一個(gè)是由幾何變形引起的;另一個(gè)是由材料應(yīng)變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個(gè)膜片具有良好的剛度,就應(yīng)盡量形成負(fù)高斯曲面,即沿對(duì)角方向分別形成“高點(diǎn)”和“低點(diǎn)”。“高點(diǎn)”通常是由桅桿來(lái)提供的,也許是由于這個(gè)原因,有些文獻(xiàn)上也把張拉膜結(jié)構(gòu)叫做懸掛膜結(jié)構(gòu)(suspension membrane)。
索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長(zhǎng)度,使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻(xiàn)指出,膜材的自由支承長(zhǎng)度不宜超過(guò)15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外,索的另一個(gè)重要作用就是對(duì)桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐,從而保證不會(huì)因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌。
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容:
1,初始態(tài)分析:確保生成形狀穩(wěn)定、應(yīng)力分布均勻的三維平衡曲面,并能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個(gè)反復(fù)修正的過(guò)程。
2,荷載態(tài)分析:張拉膜結(jié)構(gòu)自身重量很輕,僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/5,混凝土結(jié)構(gòu)的1/40;因此膜結(jié)構(gòu)對(duì)地震力有良好的適應(yīng)性,而對(duì)風(fēng)的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測(cè)資料尚少,故對(duì)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常采用安全系數(shù)法。
3,主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定,及對(duì)支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當(dāng)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與膜結(jié)構(gòu)不同時(shí),應(yīng)注意不同設(shè)計(jì)方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。
4,連接設(shè)計(jì):包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。
5,剪裁設(shè)計(jì):這一過(guò)程應(yīng)具備必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù),包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補(bǔ)償值(應(yīng)通過(guò)雙軸拉伸試驗(yàn)確定)。
膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問(wèn)題有:
1,預(yù)張力的大小及張拉方式;
2,根據(jù)控制荷載來(lái)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(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì),以避免應(yīng)力集中;
5,考慮膜材的運(yùn)輸和吊裝;
6,耐久性與防火考慮。
在張拉膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所要考慮的要點(diǎn)有:
1,保證膜面有足夠的曲率,以獲得較大的剛度和美學(xué)效果;
2,細(xì)化支承結(jié)構(gòu),以充分表達(dá)透明的空間和輕巧的形狀;
3,簡(jiǎn)化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點(diǎn),降低現(xiàn)場(chǎng)施工量。