膜結構的基本形式與結構體系

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       膜結構的基本形式與結構體系 膜結構是以厚度通常小于1 mm 的薄膜材料為主要受力構件的表面張力結構。根據施加張力的媒介不同，膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類。
       1. 充氣膜結構的基本形式
       充氣膜結構通過向膜內充氣而使膜面形成張力、維持設計的形狀并承受荷載。充氣膜結構的基本形式有氣承式、雙層或多層氣墊式、氣肋式等。
       充氣膜結構在膜結構發展的早期曾得到很大發展，其典型工程有B.C. Place Stadium ( Canada, 232X190m, 1983, 氣承式）、GALET EXPO 2002 (103m/80m/71m , 雙層氣墊式) 、Fuji Group Pavilion ( Expo’70,氣肋式) 等。除了充空氣外，日本的石井一夫教授還研究了300m X 150m 的充氦氣懸浮膜結構屋頂方案，而這一構想也被應用于在我國深圳龍崗商業中心的工程設計中。盡管近年來膜結構的發展重點在張力膜結構上，以英國Eden Project 為代表的、利用以透明ETFE 膜材做成的雙層或多層氣墊為基本單元的結構也很引人注目。
 充氣膜結構的基本形式 a. 氣承式;    b. 氣墊式; c. 氣肋式
       2. 張拉膜結構的基本形式
       張拉膜結構以鋼索、鋼結構構件等為邊界，通過張拉邊界或頂升飛柱等手段給膜面施加張力、維持設計的形狀并承受荷載。張拉膜結構的基本外形有馬鞍形、圓錐形（傘形）、拱支承形、脊谷式等。應用于實際工程的張拉膜結構常常是這些基本外形的組合。
張拉膜結構的基本形式 a. 馬鞍形  b. 圓錐形（傘形） c. 拱支承形 d. 脊谷式
       張拉膜結構設計的一大特點是需要進行形態分析，即通常所說的找形。張拉膜結構的“自由造型”需要符合力學平衡。事實上，找形的目的不僅僅是找出一個滿足平衡的形狀，還包括對所找出曲面的預應力及剛度的分析，或者說是對曲面的病態判別及其修改。張拉膜結構的外形設計需要建筑師與專業膜結構技術人員共同完成。有關找形方法及“形”與“力”的關系等，將在下篇中專門論述。
       3. 張拉膜結構的支承體系
張拉膜結構工程按支承結構及邊界約束可分為三種類型，即柔性支承體系、剛性支承體系、混合支承體系（剛性支承、柔性邊界）。
張拉膜結構的支承體系 a. 柔性支承體系b. 剛性支承體系 c. 混合支承體系
      柔性邊界膜結構和剛性支承、柔性邊界膜結構，以柔性的鋼索為邊界，且連接膜節點板（Membrane Plate ）與支承結構、已有建筑或錨固基礎的連接段（Link ）常做成長度可調節、在其他方向上可以轉動，以較好地適應荷載作用下的變形及二次張拉。這種邊界形式特別適用于采用PVC 覆蓋膜材的工程，對設計及制作、安裝的精度要求也相對較低。國內目前的膜結構工程絕大多數都采用柔性邊界。
      剛性邊界的膜結構，膜面的所有邊界都為剛性構件。相對于柔性邊界而言，剛性邊界的膜結構造形更為簡潔、受工程場地約束少，但其造形受邊界的影響更為明顯，且精度要求更高。