常見問題
我們見過的安慶膜結(jié)構(gòu)建筑主要有四種基本形狀，分別為鞍形、傘形、拱支式和脊谷式，了解這四種典型結(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)
鞍形曲面由四個(gè)不共面的角點(diǎn)和連接角點(diǎn)的邊緣構(gòu)件圍合而成，是典型的互反曲面形式。在這四個(gè)角點(diǎn)中，通常有兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)為高點(diǎn)(HP)，另兩個(gè)為低點(diǎn)(LP)。鞍形膜結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件可以是混凝土梁或空間鋼桁架，即形成所謂的剛性邊界;也可以采用邊索，通過對(duì)其施加較大的預(yù)張力形成柔性邊界。由于柔性邊界可以較好地適應(yīng)膜面的變形，避免膜面在安裝和受荷過程中出現(xiàn)褶皺，因而較為常用。
對(duì)于菱形平面的鞍形膜結(jié)構(gòu)，可定義兩對(duì)角點(diǎn)間的水平距離 L 為跨度，高點(diǎn)(或低點(diǎn))與跨中點(diǎn)間的高差f 為矢高，f / L為矢跨比(如圖 4b所示)。矢跨比是控制鞍形曲面形狀的重要參數(shù)。矢跨比越大，膜面曲率越大，結(jié)構(gòu)剛度就越好;通常矢跨比在 1/ 8～1/ 12之間。
鞍形膜結(jié)構(gòu)的適用跨度較小，一般多用于膜結(jié)構(gòu)小品中。
2.傘形(conical shape)
傘形膜結(jié)構(gòu)也是常見的張拉膜結(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)，多通過立柱、飛柱或懸掛環(huán)的支承來實(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(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，如圖 7 所示。美國(guó)的丹佛國(guó)際機(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。
1.鞍形(saddle shape)
鞍形曲面由四個(gè)不共面的角點(diǎn)和連接角點(diǎn)的邊緣構(gòu)件圍合而成，是典型的互反曲面形式。在這四個(gè)角點(diǎn)中，通常有兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)為高點(diǎn)(HP)，另兩個(gè)為低點(diǎn)(LP)。鞍形膜結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件可以是混凝土梁或空間鋼桁架，即形成所謂的剛性邊界;也可以采用邊索，通過對(duì)其施加較大的預(yù)張力形成柔性邊界。由于柔性邊界可以較好地適應(yīng)膜面的變形，避免膜面在安裝和受荷過程中出現(xiàn)褶皺，因而較為常用。
對(duì)于菱形平面的鞍形膜結(jié)構(gòu)，可定義兩對(duì)角點(diǎn)間的水平距離 L 為跨度，高點(diǎn)(或低點(diǎn))與跨中點(diǎn)間的高差f 為矢高，f / L為矢跨比(如圖 4b所示)。矢跨比是控制鞍形曲面形狀的重要參數(shù)。矢跨比越大，膜面曲率越大，結(jié)構(gòu)剛度就越好;通常矢跨比在 1/ 8～1/ 12之間。
鞍形膜結(jié)構(gòu)的適用跨度較小，一般多用于膜結(jié)構(gòu)小品中。
2.傘形(conical shape)
傘形膜結(jié)構(gòu)也是常見的張拉膜結(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)，多通過立柱、飛柱或懸掛環(huán)的支承來實(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(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，如圖 7 所示。美國(guó)的丹佛國(guó)際機(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。