膜结构的基本形式与结构体系

膜结构的基本形式与结构体系

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       膜结构的基本形式与结构体系 膜结构是以厚度通常小于1 mm 的薄膜材料为主要受力构件的表面张力结构。根据施加张力的媒介不同，膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。
       1. 充气膜结构的基本形式
       充气膜结构通过向膜内充气而使膜面形成张力、维持设计的形状并承受荷载。充气膜结构的基本形式有气承式、双层或多层气垫式、气肋式等。
       充气膜结构在膜结构发展的早期曾得到很大发展，其典型工程有B.C. Place Stadium ( Canada, 232X190m, 1983, 气承式）、GALET EXPO 2002 (103m/80m/71m , 双层气垫式) 、Fuji Group Pavilion ( Expo’70,气肋式) 等。除了充空气外，日本的石井一夫教授还研究了300m X 150m 的充氦气悬浮膜结构屋顶方案，而这一构想也被应用于在我国深圳龙岗商业中心的工程设计中。尽管近年来膜结构的发展重点在张力膜结构上，以英国Eden Project 为代表的、利用以透明ETFE 膜材做成的双层或多层气垫为基本单元的结构也很引人注目。
 充气膜结构的基本形式 a. 气承式;    b. 气垫式; c. 气肋式
       2. 张拉膜结构的基本形式
       张拉膜结构以钢索、钢结构构件等为边界，通过张拉边界或顶升飞柱等手段给膜面施加张力、维持设计的形状并承受荷载。张拉膜结构的基本外形有马鞍形、圆锥形（伞形）、拱支承形、脊谷式等。应用于实际工程的张拉膜结构常常是这些基本外形的组合。
张拉膜结构的基本形式 a. 马鞍形  b. 圆锥形（伞形） c. 拱支承形 d. 脊谷式
       张拉膜结构设计的一大特点是需要进行形态分析，即通常所说的找形。张拉膜结构的“自由造型”需要符合力学平衡。事实上，找形的目的不仅仅是找出一个满足平衡的形状，还包括对所找出曲面的预应力及刚度的分析，或者说是对曲面的病态判别及其修改。张拉膜结构的外形设计需要建筑师与专业膜结构技术人员共同完成。有关找形方法及“形”与“力”的关系等，将在下篇中专门论述。
       3. 张拉膜结构的支承体系
张拉膜结构工程按支承结构及边界约束可分为三种类型，即柔性支承体系、刚性支承体系、混合支承体系（刚性支承、柔性边界）。
张拉膜结构的支承体系 a. 柔性支承体系b. 刚性支承体系 c. 混合支承体系
      柔性边界膜结构和刚性支承、柔性边界膜结构，以柔性的钢索为边界，且连接膜节点板（Membrane Plate ）与支承结构、已有建筑或锚固基础的连接段（Link ）常做成长度可调节、在其他方向上可以转动，以较好地适应荷载作用下的变形及二次张拉。这种边界形式特别适用于采用PVC 覆盖膜材的工程，对设计及制作、安装的精度要求也相对较低。国内目前的膜结构工程绝大多数都采用柔性边界。
      刚性边界的膜结构，膜面的所有边界都为刚性构件。相对于柔性边界而言，刚性边界的膜结构造形更为简洁、受工程场地约束少，但其造形受边界的影响更为明显，且精度要求更高。

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