索膜結(jié)構(gòu)

索膜結(jié)構(gòu)是用高強(qiáng)度柔性薄膜材料經(jīng)受其它材料的拉壓作用而形成的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由、輕巧、柔美，充滿力量感，節(jié)能、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，因而使它在世界各地受到廣泛應(yīng)用，膜結(jié)構(gòu)建筑作為新的建筑形式于本世紀(jì)五十年代在國(guó)際上開始出現(xiàn)，至今已有四十多年的歷史，特別是到了七十年代以后膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。膜結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為建筑師們提供了超出傳統(tǒng)建筑模式以外的新選擇。在張拉膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所要考慮的要點(diǎn)有：1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學(xué)效果。

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膜結(jié)構(gòu)

張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結(jié)構(gòu)（桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件）。

膜材一種新興的建筑材料，已被公認(rèn)為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之后的“第六種建筑材料”。膜材本身不能受壓也不能抗彎，所以要使膜結(jié)構(gòu)正常工作就必須引入適當(dāng)?shù)念A(yù)張力。此外，要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個(gè)重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了減小結(jié)構(gòu)的變形就必須增加結(jié)構(gòu)的抗力；而膜結(jié)構(gòu)是通過改變形狀來(lái)分散荷載，從而獲得小內(nèi)力增長(zhǎng)的。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時(shí)，可產(chǎn)生兩種回復(fù)力：一個(gè)是由幾何變形引起的；為了尋求膜結(jié)構(gòu)的合理的幾何外形，需要通過計(jì)算機(jī)的多次迭代才能得到。另一個(gè)是由材料應(yīng)變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多，所以要使每一個(gè)膜片具有良好的剛度，就應(yīng)盡量形成負(fù)高斯曲面，即沿對(duì)角方向分別形成“高點(diǎn)”和“低點(diǎn)”?！案唿c(diǎn)”通常是由桅桿來(lái)提供的，也許是由于這個(gè)原因，有些文獻(xiàn)上也把張拉膜結(jié)構(gòu)叫做懸掛膜結(jié)構(gòu)（suspension membrane）。

索作為膜材的彈性邊界，將膜材劃分為一系列膜片，從而減小了膜材的自由支承長(zhǎng)度，使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻(xiàn)指出，膜材的自由支承長(zhǎng)度不宜超過15米，且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外，索的另一個(gè)重要作用就是對(duì)桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐，從而保證不會(huì)因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌。不同的膜材的柔性程序也不相同，有的膜材柔韌性極佳，不會(huì)因折疊而產(chǎn)生脆裂或是破損，這樣的材料是有效實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)、可展開結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和前提。

膜結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力和二次張拉

膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定依賴于膜內(nèi)預(yù)應(yīng)力的保持。預(yù)應(yīng)力的水平影響膜在荷載作用下的變形。如果預(yù)應(yīng)力太低.膜就會(huì)產(chǎn)生較大位移，在風(fēng)作用下發(fā)生顫振。

因?yàn)槟そY(jié)構(gòu)膜材在荷載的持續(xù)作用下會(huì)產(chǎn)生松弛和徐變，所以在使用期間膜內(nèi)預(yù)應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化。用于特定結(jié)構(gòu)的膜結(jié)構(gòu)膜材性能可以通過雙軸試驗(yàn)來(lái)確定，并應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中。