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膜結構的優(yōu)點:
(1)大跨度。膜結構自重輕、抗震性能好,可以不需要內部支承,克服了傳統(tǒng)結構在大跨度(無支撐)建筑上實現(xiàn)所遇到的困難,可創(chuàng)造巨大的無遮擋可視空間,有效增加空間使用面積。
(2)藝術性。膜結構突破了傳統(tǒng)的建筑結構類型,以造型學、色彩學為依托,可結合自然條件,充分發(fā)揮建筑師的想象力,根據(jù)創(chuàng)意建造出傳統(tǒng)建筑難以實現(xiàn)的曲線及各種造型,且色彩豐富,富有時代氣息,體現(xiàn)結構構件受力之美。配合燈光易形成夜景,給人以現(xiàn)代美的享受。
(3)經(jīng)濟性。膜材料具有一定的透光率,白天可減少照明強度和時間,節(jié)約能源;夜間彩燈透射可形成絢爛的景觀。而且,膜結構能夠拆卸,易于搬遷,特別是在建造短期應用的大跨度建筑時,更為經(jīng)濟。
(4)安全性。膜材料具有的阻燃性和耐高溫性,能很好地滿足防火要求;膜結構屬柔性結構,能夠承受很大的位移,不易整體倒塌;膜結構自重輕,抗震性能比較好。
(5)自潔性。膜建筑中采用具有防護涂層的膜材,本身不發(fā)黏,落到膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗而達到良好的自潔效果,同時保證建筑的使用壽命。
(6)工期短。膜片的裁剪、鋼索及鋼結構等的制作均在工廠完成,減少現(xiàn)場施工時間,可與下部鋼筋混凝土結構或構件等同時進行,避免施工交叉,在施工現(xiàn)場只是鋼索、鋼結構及膜片的連接安裝定位及張拉的過程,故現(xiàn)場施工安裝、迅速快捷,相對傳統(tǒng)建筑工程工期較短。
(7)適用廣。從氣候條件看,膜結構建筑適用的地域廣闊;從規(guī)模上看,可以小到單人帳篷、花園小品,大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建筑。甚至有人曾設想覆蓋一個小城,實現(xiàn)人造自然。
膜結構的廣泛應用很大程度是因為自身充滿曲線感的外觀造型優(yōu)勢被人們漸漸接受了,使得在現(xiàn)在生活中的各領域里都能夠看到它的存在,那么對于這樣一個高新的構建形式,你知道它用到了哪些建筑原材料嗎?
根據(jù)不同的建造行為以及它們的功能特點,工程師們把各種的膜材進行了分類處理,得出了三大種,一種為發(fā)明時間較早的PVC材料,這種對比之后的膜材來說,各方面的雖然不算太好,但是為之后的膜材發(fā)展起到了很重要的作用。之后分別是ETFE以及PTFE的建筑膜材,這兩種在應用程度來看的話,都具有非常好的功能特點,像是一些大型體育場館都會運用這兩種膜材材料。
從力學的角度來看,膜結構的找形問題可以歸結為求解空間曲面的初始平衡問題。這一問題包含了如下幾個重要參數(shù):(1)結構拓撲關系;(2)體力和面力;(3)結構幾何形狀;(4)幾何邊界條件;(5)初始預張力的大小和分布。
膜結構的形態(tài)是多種多樣的。從其基本構成來看,絕大多數(shù)是由鞍形、傘形、拱支式和脊谷式這四種基本形狀演變而來的。
在膜結構看臺中,作用于膜面的荷載會以膜面張力的形式呈現(xiàn),并主要通過邊界索經(jīng)膜角節(jié)點板傳遞到支承結構或基礎,節(jié)點處的水平力往往很大,設計時應采用合適的構造措施以確保水平力的可靠傳遞。膜結構看臺是一種張力結構,所有作用于膜面的外部作用都會以膜面膜面張力的增減來體現(xiàn),所以在布置膜結構看臺的支承結構體系時,應盡可能將其設計成自平衡體系,以減少膜面張力對下部結構或地基的影響。