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膜结构的应用设计

膜结构也即织物结构

,

20

世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形

式,

最早的膜结构雏形可追溯到公元前若干世纪的帐篷结构。

现代意义上的膜结

构工程最早出现于

20

世纪

50

年代

,

是集建筑、结构、材料和计算机等科学为一

体的高科技工程。

 

膜结构之所以得到如此众多的建筑师的青睐和日益广泛的应用,

根本原因在于

膜材料的独特性。膜材料是一种完全“柔性”的材料,又是一种介乎不透明的钢

或混凝土与全透明的玻璃之间的“半透光”的材料。因这些特质,膜结构已广泛

应用于大型体育场馆、展览中心、航空和铁路交通、文化娱乐等公共建筑中。

 

膜结构按所采用的材料,可划分为

 PVC 

材料膜结构、

PTFE

材料膜结构、

ETFE

材料膜结构;按其建筑几何元素,可划分为马鞍形膜结构、伞形膜结构、碗形膜

结构;按其支承结构体系及支承方式,可划分为张拉膜结构、框架支承膜结构、

气承式膜结构、气枕膜结构;按其使用功能和使用方式,还可划分为可移动、可

展开、可开合膜结构等。

 

 

膜结构体系的分类及特点

 

按膜在结构中所起的作用和膜的结构形式

,

膜结构体系一般可分为充气式膜结

构、骨架式膜结构、张拉膜结构及索穹顶结构等。

 

2.1

充气膜结构

 

充气膜结构是膜发展过程中最初阶段的主要形式

分为气撑式与充气胎式两种,

充气膜结构适用于跨度超过

70

m的大跨度体育设施

,

一般采用低拱度、

一层膜或

二层膜的结构形式。

 

2.2 

骨架式膜结构

 

骨架式膜结构以钢或其他材料构成刚性骨架

,

膜张拉并置于骨架上,其显著特点

在于

:

膜不是维持结构体系存在的必要结构单元

,

也不仅仅是单纯的覆盖屋面体

,

而是充分发挥了采光建筑功能和高强受力特性。

 

2.3 

张拉膜结构

 

张拉膜结构是通过给膜材直接施加预拉力使之具有刚度

,

并承担外荷载的结构形

式。

完整的张拉式膜结构一般由张拉薄膜、

加劲索及支承结构三部分组成。

目前

各种形式张拉膜结构广泛应用于各个领域

,

包括大型或大中型体育、

文化、

娱乐、

商业设施以及小型景观作品等。

 

2.4 

索穹顶结构

 

索穹顶结构是空间双层索系和覆面膜材的联合运用

,

形成的一种高效的大跨度轻

型屋盖结构形式。可细分为Gei

-

ger索穹顶和Fuller三角索穹顶。

索穹顶一般由中心受拉

 

(

)

环梁、径向脊索、环向拉索、受压立杆、斜向对角索及外侧受压环梁组成。

其造型新颖、

造价经济、

安装方便

,

结构效率极高

,

成功地应用于一些大跨度、

大跨度的结构。

 

膜结构有以下特点;

 

1)

建筑的形体塑造更自由。

多变的支承结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化

,

新颖美观

,

富有时代气息。

 

(2)

经济效益更明显。膜结构屋面重量仅为常规钢屋面的

1/30,

降低了墙体和基

础的造价。

同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的

“建筑可识性”

和商业效

,

其价格效益比更高。

 

(3)

施工周期更短。

膜工程中所有加工和制作均可在工厂内完成

,

在现场只进行安

装作业。比传统建筑的施工周期几乎要快一倍。

 

(4)

能源损耗更低。

具有良好的透光性

,

透光率

7%

20%,

可以充分利用自然光

,

少能源消耗。并且具有良好的阻燃性和自洁性。

 

(5)

建筑空间具有更大的跨度。由于膜结构自重轻

,

膜建筑可以不需要内部支承

,

这使人们可以更灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。


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