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膜结构停车棚解析膜结构的典型形状

  膜结构停车棚解析膜结构的典型形状

  膜结构的形态也是有多种多样的。从其基本的构成的来看,绝大多数的是由鞍形的、伞形、拱支式的和脊谷式的这四种的基本的形状是演变而来的。深入的是剖析这四种典型结构形式的曲面构成和力学的特点,是有助于增进的是对膜结构中是形与力的认识的。


膜结构停车棚解析膜结构的典型形状


  1.鞍形(saddle shape)

  鞍形的曲面是由四个不共面的角点和连接的角点的边缘的构件是围合而成的,是典型的互反曲面的形式。在这四个的角点中,通常的是有两个对角点是为高点的(HP),另两个为低点(LP)。鞍形膜结构的边缘的构件可以的是混凝土梁或是空间钢桁架,即是形成所谓的刚性的边界;也是可以的是采用边索的,通过的是对其施加较大的预张力形成柔性边界。由于是柔性的边界的可以是较好地适应膜面的变形的,是避免膜面在安装和受荷过程中出现褶皱,因而较为常用。

  对于菱形平面的鞍形的膜结构,是可定义的是两对角点间的水平距离 L 为跨度,高点(或低点)与跨中点间的高差f 为矢高,f / L为矢跨比(如图 4b所示)。矢跨比是控制鞍形曲面形状的重要参数。矢跨比越大,膜面曲率越大,结构刚度就越好;通常矢跨比在 1/ 8~1/ 12之间。

  鞍形膜结构的适用跨度较小,一般多用于膜结构小品中。

  鞍形膜结构曲面示意图

  2.伞形(conical shape)

  伞形膜结构也是常见的张拉膜结构形式之一。这种结构形式的特点在于,膜单元的周边相对位置较低,多固定在刚性边梁或柔性边索上;在膜单元的中部设有一个或多个高点,多通过独立柱、飞柱或悬挂环的支承来实现;整个膜面呈锥形(如图 5 所示)。为了避免在高点附近的膜材内部应力过大,当膜单元跨度较大时,可在高点和边界支承点之间设置脊索,以改变结构内部的传力路径,避免膜材出现应力集中。伞形曲面还可以倒置应用于工程中。

  伞形膜结构曲面示意图

  3.拱支式(arch supported shape)

  拱支式膜结构以拱为膜材提供连续的支承点,结构平面多为圆形或近似椭圆形。当跨度较大时,常在中间拱与下部边缘构件之间布置正交索网。拱支式膜结构多用于封闭式建筑中,如加拿大加尔格里的林赛公园体育中心(Li ndsay Park Sport s Cent er)就是典型的拱支式膜结构。

  拱支式膜结构曲面示意图

  4.脊谷式(wave shape)

  脊谷式膜结构是在两高点之间布置相互平行的脊索、在两低点之间布置谷索,高低相间,曲面呈波浪形;脊索和谷索之间的膜面形成负高斯曲率曲面。当结构跨度较大或荷载较大时,还可在脊索和谷索之间适当布置一些横向的加强索。脊谷式膜结构的结构平面多呈矩形,如图 7 所示。美国的丹佛国际机场和加拿大的 Canada Place等,都是典型的脊谷式膜建筑。

  脊谷式膜结构曲面示意图

  尽管上述四种基本形式的造型各不相同,但都遵循一个原则,即要通过刚性支承构件或连接件在膜面内形成一系列的高点和低点;这正是互反曲面的基本特征,即互反曲面的边界不会位于同一平面内。把握了这一原则,在实际设计中就可以根据支承构件的形式(桅杆、拱或吊环)及其对膜的支承方式(点支承或线支承),来选取适当的膜结构造型形式。

  以上四种基本形式仅仅是为了加深理解所作的一种简单归纳,实际膜结构的形状远非如此简单,甚至可以说是鲜有雷同;即便是这四种基本形式本身也可以有多种多样的变形。在实际设计时,切不可以拘泥于其中,而应把握膜结构自然、流畅的精髓,创造出更多的新颖、别致的膜结构作品。



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