膜結構

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

膜材一種新興的建筑材料，已被公認為是繼磚、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，所以要使膜結構正常工作就必須引入適當?shù)念A張力。此外，要保證膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力；而膜結構是通過改變形狀來分散荷載，從而獲得小內力增長的。在外荷載作用下膜中一個方向應力增加而另一個方向應力減少，這就要求施加初始張應力的程度要滿足在最不利荷載作用下應力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。當膜結構在平衡位置附近出現(xiàn)變形時，可產生兩種回復力：一個是由幾何變形引起的；另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多，所以要使每一個膜片具有良好的剛度，就應盡量形成負高斯曲面，即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”?！案唿c”通常是由桅桿來提供的，也許是由于這個原因，有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸掛膜結構（suspension membrane）。

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膜結構建筑常用結構型式：充氣膜結構

氣承式膜結構依靠曲面內外氣壓差來維持膜曲面的形狀。 氣承式膜結構是在由膜結構構成的室內充入空氣,保持使室內的空氣壓力始終大于室外的空氣壓力,由此使膜材料處于張力狀態(tài)來抵抗負載荷及外力的構造形式。充氣膜結構分為單層結構和雙層結構,單層結構如同肥皂泡,單層膜的內壓大于外壓。經(jīng)過找形分析而形成的摸結構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，是整個膜結構工程中最關鍵的一個問題，這正是裁剪分析的主要內容。此結構具有大空間,重量輕,建造簡單的特點。但需要不斷輸入超壓氣體及需日常維護管理。雙層結構是雙層膜之間充入氣體,和單層相比可以充入高壓空氣,形成具有一定剛性的結構,而且進出口可以敞開。

膜結構的設計與施工

膜結構建筑的結構計算通常由計算機完成,其復雜型體的整體空間作用和繁雜的抗風計算是從事一般建筑結構設計的工程師難以完成的。國外 各大從事膜結構建筑設計和安裝的專業(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格保密。2008年北京奧運會、2010年上海世博會和廣州亞運會的舉行，以及各種類型的展覽館建設，使得我國迎來了膜結構建筑的發(fā)展高峰期，這幾年間我國膜結構建筑的建造規(guī)模擴張非常迅速。目前國內已經(jīng)出現(xiàn)的諸如上海八萬人體育場等少數(shù)膜結構建筑,也都是外國公司設計的。我國自行設計的大型膜結構還很少,國內也尚無成熟的理論計算方法及相應的計算設計程序,制約了膜結構在我國的發(fā)展、應用與研究。

膜結構的應用前景

隨著工業(yè)的發(fā)展與計算技術的進步,膜結構也從臨時建筑邁入持久性建筑行列,并成為當代充滿活力的一種新型大跨度空間結構體系。在許多國家舉辦奧運會、世博會的場館建設中,膜結構以其絢麗 的色極和豐富的造型贏得了人們關注、認同。1995年建成的北京房山游泳館(跨度33m,1100m2 )與鞍山農委游泳館(跨度30m,1000m2 )是我國正式應用于工程的空氣支承膜結構,標志我國開始啟動膜結構的工程建設。膜結構的替換在膜結構的整個使用期內保留所有的加工圖可使膜結構膜的替換非常簡單。1997年通過引進國外膜結構技術建成了上海八萬人體育場看臺挑棚后,又相繼建成了青島頤中體育場挑棚膜結構、杭州游泳館、網(wǎng)球館雙層膜結構等二百余項膜結構工程,年增長率達20%以上。目前膜結構除了用于體育館、體育場 等體育設施之外,還廣泛應用于商業(yè)、教育、交通運輸設施等。由于膜結構新穎美觀的造型和多變的色 彩,還可用于標識性建筑,例如城市與地方的標識、公園入口標識、展覽會標識、行業(yè)與會議標識等。然而,目前膜結構在我國尚處于小范圍的試驗階段,但隨著我國經(jīng)濟實力的增強,新工藝、新材料、新設備的出現(xiàn),膜結構建筑將成為我國21世紀空間結構的發(fā)展主流。