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现代建筑中膜结构的重要性
时间:2018-07-23

现代建筑很多小区有的是规划一些水面、布置几处水景;有的是铺石的大广场、大片的草地,再布置几座西洋雕塑构架;有的是在小区中引种异地景观名目、奇花异草等等;还有的就是在小区内建造各种新型材料所构成的景观膜结构,不仅造型独特,而且还便利于人们。以上都是建筑师和开发企业对于景观的追求所在,然而不得不说的是,这些追求都有利于小区的环境,但是有的却是不利的,因为有的虽然增加了相应的成本,却得不到相应的结果,即弊大于利的,这也是一种弊端。所以本人认为,建筑师和企业有时候也应该站在购房者的角度算好经济账,这样才能更有利于双方的发展及共赢。膜结构设计刚好就是应时而生,符合了现代建筑的要求。

膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四大问题。通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量,确定各控制点的坐标、结构形式,选用膜材和施工方案。初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度,抗剪强主芤很差,因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预应力来提高,对膜结构而言,任何时候都不存在无应力状态,因此膜曲面形状最终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡,并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。目前膜结构找形分析的方法主要有动力松弛法、力密度法以及有限单元法等。膜结构考虑的荷载一般是风载和雪载。在荷载作用下膜材料的变形较大,且随着形状的改变,荷载分布也在改变,因此要精确计算结构的变形和应力要用几何非线性的方法进行。荷载分析的另一个目的是一确定索、膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应力减少,这就要求施加初始张应力的程度要满足在最不利荷载作用下应力不致减少到零,即不出现皱褶。因为膜材料比较轻柔,自振频率很低,在风荷载作用下极易产生风振,导致膜材料破坏,如果初始预应力施加过高,膜材涂变加大,易老化且强度储备少,对受力构件强度要求也高,增加施工安装难度。

可展空间曲面,如何通过二维材料的裁剪,张拉形成所需要的三维空间曲面,是整个膜结构工程中最关键的一个问题,这正是裁剪分析的主要内容。