從結(jie)構方式(shi)上大致(zhi)可分為(wei)骨架式(shi)、張拉式(shi)、充氣(qi)式(shi)膜結(jie)構3種形式(shi)。
骨架式膜結構(gou)以鋼構(gou)或是集(ji)成材構(gou)成的(de)(de)屋(wu)頂(ding)(ding)骨架后,在其上(shang)方張拉膜材的(de)(de)構(gou)造形式,下部(bu)支撐結構(gou)安定(ding)性高(gao),因屋(wu)頂(ding)(ding)造型比較單(dan)純(chun),開口部(bu)不易受限制,且(qie)經濟效益(yi)高(gao)等特點,廣(guang)泛適用于任(ren)何大,小規模的(de)(de)空間。
張(zhang)拉(la)式(shi)膜(mo)(mo)結構(gou)以(yi)膜(mo)(mo)材(cai)、鋼(gang)索(suo)及支(zhi)柱構(gou)成,利用(yong)鋼(gang)索(suo)與支(zhi)柱在膜(mo)(mo)材(cai)中導入張(zhang)力(li)以(yi)達安定的形(xing)式(shi)。除了可實踐具(ju)創意,創新且美觀的造型(xing)外,也是(shi)最能展現膜(mo)(mo)結構(gou)精(jing)神的構(gou)造形(xing)式(shi)。近年來,大型(xing)跨距空(kong)間也多采用(yong)以(yi)鋼(gang)索(suo)與壓縮材(cai)構(gou)成鋼(gang)索(suo)網來支(zhi)撐(cheng)上(shang)部膜(mo)(mo)材(cai)的形(xing)式(shi)。因施(shi)工精(jing)度要求(qiu)高,結構(gou)性能強,且具(ju)豐富的表(biao)現力(li),所以(yi)造價略(lve)高于骨(gu)架式(shi)膜(mo)(mo)結構(gou)。
充(chong)氣式膜結(jie)(jie)構(gou)(gou)充(chong)氣式膜結(jie)(jie)構(gou)(gou)是將膜材固定于屋頂結(jie)(jie)構(gou)(gou)周(zhou)邊,利用送風系統讓室(shi)內氣壓(ya)上升(sheng)到一定壓(ya)力(li)后,使屋頂內外產生壓(ya)力(li)差(cha),以抵抗(kang)外力(li),因利用氣壓(ya) 來支撐,及(ji)鋼索(suo)作為輔助(zhu)材,無需(xu)任何梁(liang),柱支撐,可(ke)得更大的空間,施工快(kuai)捷,經濟效益高,但需(xu)維(wei)持進行(xing)24小時送風機運轉,在持續運行(xing)及(ji)機器維(wei)護費用的成(cheng)本上較高。
膜結(jie)構設計主要包括以下內容:
1.初(chu)始態(tai)分(fen)析(xi):確保(bao)生成形(xing)狀穩(wen)定、應力(li)分(fen)布均勻(yun)的(de)三(san)維平衡曲(qu)面,并能夠抵抗(kang)各種可能的(de)荷載工(gong)況;這是一個反復(fu)修正(zheng)的(de)過程。
2.荷(he)載態分析(xi):張拉膜(mo)(mo)(mo)結(jie)(jie)構自(zi)身(shen)重量很輕,僅為鋼(gang)結(jie)(jie)構的(de)(de)1/5,混凝土結(jie)(jie)構的(de)(de)1/40;因此膜(mo)(mo)(mo)結(jie)(jie)構對地震力有良好的(de)(de)適應性(xing),而對風的(de)(de)作用(yong)較為敏感。此外(wai)還要(yao)考慮(lv)雪(xue)荷(he)載和活(huo)荷(he)載的(de)(de)作用(yong)。由于目(mu)前觀(guan)測資料尚少(shao),故對膜(mo)(mo)(mo)結(jie)(jie)構的(de)(de)設計通常(chang)采用(yong)安全系數(shu)法。
3.主要結(jie)構(gou)構(gou)件尺寸的(de)確定,及對(dui)支(zhi)承(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)的(de)有限元分析。當支(zhi)承(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)的(de)設計方(fang)法與膜結(jie)構(gou)不同(tong)時(shi),應注意(yi)不同(tong)設計方(fang)法間的(de)系數(shu)轉換(huan)。
4.連接設計:包括螺栓、焊縫和次要構件(jian)尺寸。
5.剪(jian)裁設計(ji):這一(yi)過程應具備(bei)必要的試(shi)驗數據,包括所(suo)選用(yong)膜(mo)材的楊氏模量和剪(jian)裁補償值(zhi)(應通過雙(shuang)軸拉伸(shen)試(shi)驗確定)。
膜結構在方案階段需要考慮的問題有:
1.預張力的大(da)小及張拉方式;
2.根據控制荷載(zai)來確(que)定膜片(pian)的(de)大(da)小(xiao)和索的(de)布置(zhi)方式;
3.考慮(lv)膜面及其固定件的(de)形狀(zhuang)以避免(mian)積水(shui)(雪);
4.關鍵節點的(de)設計,以(yi)避(bi)免應力(li)集中;
5.考慮膜(mo)材(cai)的運輸和(he)吊裝;
6.耐久性(xing)與防火(huo)考(kao)慮。
在膜結構設計階(jie)段所要考(kao)慮的要點有:
1.保證膜(mo)面有足夠的曲率,以獲得較大的剛度和美學效果;
2.細(xi)化支承(cheng)結構,以充分表達透明的空間和(he)輕巧的形狀;
3.簡化膜與支承結構間的連接(jie)節點(dian)降低現場施工量。
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