膜结构四种典型结构形式的曲面构成和力学特点

信息来源：www.xysdwmjg.com | 发布时间：2019年03月15日

    我们见过的襄阳膜结构,襄阳膜结构建筑主要有四种基本形状，分别为鞍形、伞形、拱支式和脊谷式，跟随襄阳膜结构公司了解这四种典型结构形式的曲面构成和力学特点，有助于增进对膜结构中形与力的认识。

    1.鞍形(saddle shape)
    鞍形曲面由四个不共面的角点和连接角点的边缘构件围合而成，是典型的互反曲面形式。在这四个角点中，通常有两个对角点为高点(HP)，另两个为低点(LP)。鞍形膜结构的边缘构件可以是混凝土梁或空间钢桁架，即形成所谓的刚性边界;也可以采用边索，通过对其施加较大的预张力形成柔性边界。由于柔性边界可以较好地适应膜面的变形，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膜结构，可定义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。
    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。
    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。
    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。
    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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