膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括體形設(shè)計(jì)、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設(shè)計(jì)確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強(qiáng)主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來提高，對膜結(jié)構(gòu)而言，任何時候不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀較終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行荷載分析和裁剪分析。膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進(jìn)行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個方向應(yīng)力增加而另一個方向應(yīng)力減少，這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在較不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。因?yàn)槟げ牧媳容^輕柔，自振頻率很低，在風(fēng)荷載作用下極易產(chǎn)生風(fēng)振，導(dǎo)致膜材料破壞，如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強(qiáng)度儲備少，對受力構(gòu)件強(qiáng)度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過荷載計(jì)算來確定。采用型鋼接頭時，為使接頭型鋼與鋼板預(yù)埋件緊貼，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求鏟去楞角。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個膜結(jié)構(gòu)工程中較關(guān)鍵的一個問題。

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膜結(jié)構(gòu)的分類各自特點(diǎn)

張拉式索膜結(jié)構(gòu)

張拉式索膜建筑可謂索膜建筑的精華和代表。張拉索膜結(jié)構(gòu)中膜曲面通過預(yù)應(yīng)力維持自身形狀，膜既是建筑物的圈護(hù)體又作為結(jié)構(gòu)來抵抗外部荷載效應(yīng)。由于其建筑形象的可塑性和結(jié)構(gòu)形式的高度靈活性和適應(yīng)性，該結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用極其廣泛。張拉式索膜結(jié)構(gòu)又可分為索網(wǎng)式、脊谷式等。這種體系富于表現(xiàn)力，結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，但造價稍高，施工精度要求也高。這類工程較典型的是美國丹佛機(jī)場候機(jī)大樓。由于輕型結(jié)構(gòu)自重較輕，即使發(fā)生意外坍塌，其危險性也較傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)小。

膜結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：

藝術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、耐用性、自潔性、透光性、省能源、能防火、大跨度。

膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍：

膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)自重輕，結(jié)構(gòu)簡單可靠，具有良好的造型和自潔性，施工簡單快捷，適合以下各種場合使用：

文化設(shè)施--展覽中心、劇場、會議廳、博物館、植物園、水族館等 體育設(shè)施--體育場、體育館、健身中心、游泳館、網(wǎng)球館、籃球館等 商業(yè)設(shè)施--商場、購物中心、酒店、餐廳、商店門頭(挑檐)、商業(yè)街等 交通設(shè)施--機(jī)場、火車站、公交車站、收費(fèi)站、碼頭、加油站、天橋連廊等 工業(yè)設(shè)施--工廠、倉庫、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等

景觀設(shè)施--建筑入口、標(biāo)志性小品、步行街、停車場等

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工

膜結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)計(jì)算通常由計(jì)算機(jī)完成,其復(fù)雜型體的整體空間作用和繁雜的抗風(fēng)計(jì)算是從事一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程師難以完成的。國外 各大從事膜結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)和安裝的專業(yè)公司,都各自開發(fā)了大型的專業(yè)軟件,但為了控制市場都嚴(yán)格保密。目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)的諸如上海八萬人體育場等少數(shù)膜結(jié)構(gòu)建筑,也都是外國公司設(shè)計(jì)的。我國自行設(shè)計(jì)的大型膜結(jié)構(gòu)還很少,國內(nèi)也尚無成熟的理論計(jì)算方法及相應(yīng)的計(jì)算設(shè)計(jì)程序,制約了膜結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展、應(yīng)用與研究。ETFE也有不足，如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣，維護(hù)費(fèi)用高等，但是隨著大型體育館、游客場所、候機(jī)大廳等的建設(shè)，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。