膜構(gòu)知識(shí)庫(kù)
張拉膜結(jié)構(gòu)經(jīng)典造型介紹
膜結(jié)構(gòu)建筑的形狀是多種多樣的，但從其基本構(gòu)成來(lái)看，絕大多數(shù)是由傘形、鞍形、脊谷式和拱支式這四種基本形狀演變而來(lái)的。深入剖析這四種典型結(jié)構(gòu)形式的曲面構(gòu)成和力學(xué)特點(diǎn)，有助于增進(jìn)對(duì)膜結(jié)構(gòu)中形與力的認(rèn)識(shí)。
1.傘形(conical shape)
傘形膜結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的張拉膜結(jié)構(gòu)形式之一。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是膜單元的周邊相對(duì)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(gè)或多個(gè)高點(diǎn)，多通過(guò)獨(dú)立柱、飛柱或懸掛環(huán)的支承來(lái)實(shí)現(xiàn)；整個(gè)膜面呈錐形。為了避免在高點(diǎn)附近的膜材內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大，當(dāng)膜單元跨度較大時(shí)，可在高點(diǎn)和邊界支承點(diǎn)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。
2.鞍形(saddle shape)
鞍形曲面由四個(gè)不共面的角點(diǎn)和連接角點(diǎn)的邊緣構(gòu)件圍合而成，是典型的互反曲面形式。在這四個(gè)角點(diǎn)中，通常有兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)為高點(diǎn)(HP)，另兩個(gè)為低點(diǎn)(LP)。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(guò)對(duì)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(guò)程中出現(xiàn)褶皺，因而較為常用。 對(duì)于菱形平面的鞍形膜結(jié)構(gòu)，可定義兩對(duì)角點(diǎn)間的水平距離L為跨度，高點(diǎn)（或低點(diǎn)）與跨中點(diǎn)間的高差f為矢高，f/L為矢跨比。矢跨比是控制鞍形曲面形狀的重要參數(shù)。矢跨比越大，膜面曲率越大，結(jié)構(gòu)剛度就越好；通常矢跨比在1/8～1/12之間。 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。
3.拱支形(arch supported shape)
拱支形膜結(jié)構(gòu)以拱為膜材提供連續(xù)的支承點(diǎn)，結(jié)構(gòu)平面多為圓形或近似橢圓形。當(dāng)跨度較大時(shí)，常在中間拱與下部邊緣構(gòu)件之間布置正交索網(wǎng)。拱支形膜結(jié)構(gòu)多用于封閉式建筑中。
4.脊谷形(wave shape)
脊谷形膜結(jié)構(gòu)是在兩高點(diǎn)之間布置相互平行的脊索、在兩低點(diǎn)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(fù)高斯曲率曲面。當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度較大或荷載較大時(shí)，還可在脊索和谷索之間適當(dāng)布置一些橫向的加強(qiáng)索。脊谷形膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平面多呈矩形。