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膜結構又叫張拉膜結構(Tensioned Membrane structure),膜結構建筑是21世紀有代表性與充滿前途的建筑形式。打破了純直線建筑風格的模式,以其獨有的優(yōu)美曲面造型,簡潔、明快、剛與柔、力與美的組合,呈現(xiàn)給人以耳目一新的感覺,同時給建筑設計師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間?!案唿c”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(suspensionmembrane)。
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膜結構
張拉膜結構的基本組成單元通常有:膜材、索與支承結構(桅桿、拱或其他剛性構件)。
膜材一種新興的建筑材料,已被公認為是繼磚、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,所以要使膜結構正常工作就必須引入適當?shù)念A張力。此外,要保證膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力;美國歐文斯克寧公司開發(fā)的Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的,這種膜材應用的不多,生產(chǎn)廠家也較少。而膜結構是通過改變形狀來分散荷載,從而獲得小內(nèi)力增長的。當膜結構在平衡位置附近出現(xiàn)變形時,可產(chǎn)生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的;另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個膜片具有良好的剛度,就應盡量形成負高斯曲面,即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”?!案唿c”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)。
膜結構設計步驟
一 形態(tài)確定
1.形狀確定的概念
膜結構的形狀確定問題就是確定初始狀態(tài)的問題,在許多專著上被稱為“找形”(FormFinding)。
膜結構的形狀確定問題有兩種類型:
(1)給定預應力分布的形狀確定問題:預先假定膜結構中應力的分布情況,在根據(jù)受力合理或經(jīng)濟原則進行分析計算,以得到膜的初始幾何狀態(tài)。
(2)給定幾何邊界條件的形狀確定問題:預先確定膜結構的幾何邊界條件,然后計算分析預應力分布和空間形狀。肥皂泡就是合理的自然找形的膜結構。初的找形正是通過皂膜比擬來進行,后來發(fā)展到用其他彈性材料做模型,通過測量模型的空間坐標來確定形狀,對于簡單的外形也可以用幾何分析法來確定,膜結構找形技術的真正發(fā)展來自計算機有限元分析方法的發(fā)展。為了尋求膜結構的合理的幾何外形,需要通過計算機的多次迭代才能得到。(2)主應力方向與膜材經(jīng)、緯向纖維間的夾角,這一問題變的重要是因為膜材是正交異性材料。