膜結(jié)構(gòu)的形狀確定與建筑功能要求

 一. 甘肅膜結(jié)構(gòu)廠家膜結(jié)構(gòu)的形與力

作為膜結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，索和膜均不能抗彎和抗壓，結(jié)構(gòu)體系***依靠曲面的張力維持其形狀并抵抗外荷載。膜結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)就是確定滿足設(shè)計(jì)要求的平衡曲面和與此曲面對(duì)應(yīng)的預(yù)張力值，也就是說(shuō)，外形設(shè)計(jì)同時(shí)也是內(nèi)力設(shè)計(jì)。這一過(guò)程，稱之為 “找形”（form-finding）。

１．互反曲面的必要性

在幾何上，根據(jù)曲面在兩主曲率方向的曲率乘積，可將曲面分為正高斯曲面、零高斯曲面和

負(fù)高斯曲面三大類。正高斯曲面的兩個(gè)主曲率半徑均位于曲面的同側(cè)，如球面；這類曲面也稱為同向曲面（synclastic surface）。零高斯曲面在兩主曲率方向中有一個(gè)方向的曲率為零，如柱面。負(fù)高斯曲面的兩主曲率半徑分別位于曲面的兩側(cè)，如鞍面；這類曲面也稱為互反曲面（anticlastic surface）。前兩類曲面較多應(yīng)用于類似網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)那樣的剛性結(jié)構(gòu)中，而互反曲面則是索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)中常用的曲面形式。

2. 預(yù)張力的作用

對(duì)于甘肅膜結(jié)構(gòu)，要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，除了要具備空間曲面形狀外，預(yù)張力也是不可缺少的要素。預(yù)張力對(duì)膜結(jié)構(gòu)的作用可以概括為以下兩個(gè)方面：

（1）增加結(jié)構(gòu)的剛度

（2）維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定

二. 膜結(jié)構(gòu)的典型形狀

膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)是多種多樣的。從其基本構(gòu)成來(lái)看，絕大多數(shù)是由鞍形、傘形、拱支式和脊谷式這四種基本形狀演變而來(lái)的。深入剖析這四種典型結(jié)構(gòu)形式的曲面構(gòu)成和力學(xué)特點(diǎn)，有助于增進(jìn)對(duì)膜結(jié)構(gòu)中形與力的認(rèn)識(shí)。

1．鞍形（saddle shape）

2.傘形（conical shape）

傘形膜結(jié)構(gòu)也是常見(jiàn)的張拉膜結(jié)構(gòu)形式之一。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)在于，膜單元的周邊相對(duì)位置較低，多固定在剛性邊梁或柔性邊索上；在膜單元的中部設(shè)有一個(gè)或多個(gè)高點(diǎn)，多通過(guò)獨(dú)立柱、飛柱或懸掛環(huán)的支承來(lái)實(shí)現(xiàn)；整個(gè)膜面呈錐形。為了避免在高點(diǎn)附近的膜材內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大，當(dāng)膜單元跨度較大時(shí)，可在高點(diǎn)和邊界支承點(diǎn)之間設(shè)置脊索，以改變結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳力路徑，避免膜材出現(xiàn)應(yīng)力集中。傘形曲面還可以倒置應(yīng)用于工程中。

3.拱支式（arch supported shape）

拱支式膜結(jié)構(gòu)以拱為膜材提供連續(xù)的支承點(diǎn)，結(jié)構(gòu)平面多為圓形或近似橢圓形。當(dāng)跨度較大時(shí)，常在中間拱與下部邊緣構(gòu)件之間布置正交索網(wǎng)。拱支式膜結(jié)構(gòu)多用于封閉式建筑中，如加拿大加爾格里的林賽公園體育中心(Li ndsay Park Sport s Cent er)就是典型的拱支式膜結(jié)構(gòu)。

4.脊谷式（wave shape）

脊谷式膜結(jié)構(gòu)是在兩高點(diǎn)之間布置相互平行的脊索、在兩低點(diǎn)之間布置谷索，高低相間，曲面呈波浪形；脊索和谷索之間的膜面形成負(fù)高斯曲率曲面。當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度較大或荷載較大時(shí)，還可在脊索和谷索之間適當(dāng)布置一些橫向的加強(qiáng)索。脊谷式膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平面多呈矩形。美國(guó)的丹佛***機(jī)場(chǎng)和加拿大的 Canada Place等，都是典型的脊谷式膜建筑。

盡管上述四種基本形式的造型各不相同，但都遵循一個(gè)原則，即要通過(guò)剛性支承構(gòu)件或連接件在膜面內(nèi)形成一系列的高點(diǎn)和低點(diǎn)；這正是互反曲面的基本特征，即互反曲面的邊界不會(huì)位于同一平面內(nèi)。把握了這一原則，在實(shí)際設(shè)計(jì)中就可以根據(jù)支承構(gòu)件的形式（桅桿、拱或吊環(huán)）及其對(duì)膜的支承方式（點(diǎn)支承或線支承），來(lái)選取適當(dāng)?shù)哪そY(jié)構(gòu)造型形式。

以上四種基本形式僅僅是為了加深理解所作的一種簡(jiǎn)單歸納，實(shí)際膜結(jié)構(gòu)的形狀遠(yuǎn)非如此簡(jiǎn)單，甚至可以說(shuō)是鮮有雷同；即便是這四種基本形式本身也可以有多種多樣的變形。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，切不可以拘泥于其中，而應(yīng)把握膜結(jié)構(gòu)自然、流暢的精髓，創(chuàng)造出更多的新穎、別致的膜結(jié)構(gòu)作品。