探索張拉膜結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中的靈魂

發(fā)布時(shí)間：2019-10-18

來(lái)源：上海示一膜結(jié)構(gòu)

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我們常說(shuō)設(shè)計(jì)是建筑的靈魂，發(fā)揮無(wú)限想象，通過(guò)別具一格獨(dú)特新奇的設(shè)計(jì)理念往往能給我們帶來(lái)的是驚喜。而設(shè)計(jì)和膜結(jié)構(gòu)完美組合的產(chǎn)物是一個(gè)一個(gè)美輪美奐的膜結(jié)構(gòu)建筑，讓人嘆為觀止！

張拉膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),由于其自身的特點(diǎn)不同于一般傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，技術(shù)上必須經(jīng)過(guò)如下四個(gè)步驟：
1 建筑方案設(shè)計(jì)，建筑師根據(jù)業(yè)主的意圖、功能要求、環(huán)境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空體量等，基本確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)。考慮經(jīng)濟(jì)和施工工藝等技術(shù)條件，與膜結(jié)構(gòu)工程師、業(yè)主及施工技術(shù)人員等一起確定經(jīng)濟(jì)合理的初步設(shè)計(jì)方案。

2 找形分析，預(yù)應(yīng)力值及對(duì)于索膜結(jié)構(gòu)而言，在沒(méi)有施加預(yù)應(yīng)力之前，是沒(méi)有結(jié)構(gòu)剛度的，也就是說(shuō)膜結(jié)構(gòu)任何時(shí)候不存在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。由于膜材料本身沒(méi)有抗彎剛度，其曲面形狀與預(yù)應(yīng)力值的大小和分布是一一對(duì)應(yīng)的，因此在控制點(diǎn)坐標(biāo)確定后，給定一合理的預(yù)應(yīng)力值及其分布，才能確定合適的膜曲面形狀。預(yù)應(yīng)力值的大小與分布是需根據(jù)多方面的條件進(jìn)行反復(fù)調(diào)整后綜合確定的，這個(gè)過(guò)程叫做找形分析。此過(guò)程與方案設(shè)計(jì)過(guò)程往往密不可分，往往需反復(fù)調(diào)整方可即滿足建筑形狀的要求又保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理及安全可靠。
3 荷載分析，膜結(jié)構(gòu)的控制荷載通常是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜結(jié)構(gòu)的變形較大，因此精確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布要用幾何非線性的方法進(jìn)行。根據(jù)不同工況下計(jì)算出的索、膜、梁、桿等結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力分布的最不利節(jié)點(diǎn)做法及構(gòu)造措施等。因此，經(jīng)濟(jì)安全的索膜建筑必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的內(nèi)力分析后才能完成，不是憑經(jīng)驗(yàn)拍腦袋就能確定得了的。荷載分析的另一目的是檢驗(yàn)確定索、膜中初始預(yù)應(yīng)力，一般來(lái)說(shuō)在找形分析時(shí)先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定一預(yù)應(yīng)力值及其分布，然后經(jīng)荷載分析來(lái)判定其合理性，即預(yù)應(yīng)力的大小與分布應(yīng)使在最不利工況下必須滿足使用要求、整體和局部位移要求及排水功能等要求。

4 剪裁分析，剪裁分析就是在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的曲面形體上尋求合理的裁剪線位置及其分布，然后按照一定的方法將三維曲面展開(kāi)為二維平面。為物盡其用，一般要按照膜材料幅寬進(jìn)行裁剪，但要兼顧到膜曲面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質(zhì)，故裁剪線的布置要與計(jì)算時(shí)所設(shè)定的膜材經(jīng)緯向一致，才能保證計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符。膜材料的裁剪下料通常是在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的，如何在預(yù)應(yīng)力的形體上進(jìn)行無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下的裁剪分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都已進(jìn)行了較為深入的研究，提出了諸如幾何法、最小二乘法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法與平面熱應(yīng)力原理相結(jié)合的有限單元法等多種方法。

張拉膜結(jié)構(gòu)建筑的簡(jiǎn)約性使其不能隱藏任何設(shè)計(jì)缺陷，張力的松弛或是不連續(xù)都會(huì)被充分暴露出來(lái)，而且會(huì)導(dǎo)致膜面褶皺及變形，降低了結(jié)構(gòu)的使用壽命。膜結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件都是完全可見(jiàn)的。它是一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)要仔細(xì)權(quán)衡，任何構(gòu)件的設(shè)計(jì)都不能隨意修改，因?yàn)樾薷娜我粯?gòu)件都將影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的幾何形狀以及頂應(yīng)力的平衡。因此，建筑師只有全面深入地了解張拉膜結(jié)構(gòu)體系才能創(chuàng)作出優(yōu)秀作品。

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