自行車棚設(shè)計(jì)方案：張拉索膜結(jié)構(gòu)體系及其施工技術(shù)

日期：2012-03-08 閱讀數(shù)：1911

膜結(jié)構(gòu)是指積極地利用膜狀材料，并在結(jié)構(gòu)及建筑設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)起始于遠(yuǎn)古時(shí)代游牧民族以獸皮做頂、樹枝做柱所搭建的帳篷，進(jìn)入近代社會(huì)以來，人們利用類似的原理，制作臨時(shí)性的設(shè)施，如行軍野營用的帳篷等。當(dāng)時(shí)的屋面材料僅為一些做了簡單防水處理的織物，在強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及耐久性等方面均難以達(dá)到永久建筑的要求。上世紀(jì)50-60年代，隨著化學(xué)工業(yè)的飛建發(fā)展，加工復(fù)合材料工藝的進(jìn)步，使作為屋頂使用的膜材的綜合性能得以改善和提高，為這一新興建筑形式的流行打下了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著社會(huì)發(fā)展和生活水平提高，人們希望突破傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式和風(fēng)格的局限，膜結(jié)構(gòu)以其新穎獨(dú)特的建筑造型順應(yīng)了人們的這一愿望。

現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)工程是集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、化工學(xué)、材料學(xué)及計(jì)算機(jī)學(xué)為一體的高科技工程"，。由于它獨(dú)特的性能和強(qiáng)烈的視覺沖擊效果，很快被人們所接受，并出現(xiàn)了不可阻擋的發(fā)展態(tài)勢。膜結(jié)構(gòu)建筑適用范圍很廣，可用于體育建筑、展覽建筑、娛樂建筑、演出建筑、機(jī)場建筑及各類海濱娛樂休閑建筑及設(shè)施。

1 膜結(jié)構(gòu)分類

從結(jié)構(gòu)形式上膜結(jié)構(gòu)建筑可簡單地概括為充氣式、骨架式和張拉式三大類口。

1．1 充氣式膜結(jié)構(gòu)(Air Supported Membrane Structure)

充氣式膜結(jié)構(gòu)是依靠膜曲面內(nèi)外氣壓差來維持膜曲面的形狀。這種索膜建筑歷史較長，但因在使用功能上明顯的局限性(如形象單一、空間要求氣閉等)，使其應(yīng)用面較窄；但充氣式索膜體系造價(jià)較低，施工速度快，在特定的條件下又有明顯優(yōu)勢。1970年日本大阪萬國博覽會(huì)的美國館，采用的就是這種結(jié)構(gòu)，它標(biāo)志著膜結(jié)構(gòu)的開始。

1．2 骨架式膜結(jié)構(gòu)(Framework Membrane Structure)

骨架式索膜建筑常在某些特定的建筑中被采用，是由于其結(jié)構(gòu)形式本身的局限性(骨架體系自平衡，膜體僅為輔助物，使膜體強(qiáng)度高的特點(diǎn)發(fā)揮不足等)；而骨架形式與張拉形式的結(jié)合運(yùn)用，常可取得更富于變化的建筑效果。骨架式索膜體系建筑表現(xiàn)含蓄，結(jié)構(gòu)性能有一定的局限性，造價(jià)低于張拉式體系。1996年亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)主體育館(佐治亞穹頂)為這類結(jié)構(gòu)的典型工程。

1．3 張拉式索膜結(jié)構(gòu)(Tensioned Cable-Membrane Structure)

張拉式索膜建筑可謂索膜建筑的精華和代表。張拉索膜結(jié)構(gòu)中膜曲面通過預(yù)應(yīng)力維持自身形狀，膜既是建筑物的圈護(hù)體又作為結(jié)構(gòu)來抵抗外部荷載效應(yīng)。由于其建筑形象的可塑性和結(jié)構(gòu)形式的高度靈活性和適應(yīng)性，該結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用極其廣泛。張拉式索膜結(jié)構(gòu)又可分為索網(wǎng)式、脊谷式等。這種體系富于表現(xiàn)力，結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，但造價(jià)稍高，施工精度要求也高。這類工程最典型的是美國丹佛機(jī)場候機(jī)大樓。

2 張拉索膜結(jié)構(gòu)體系

張拉式索膜結(jié)構(gòu)體系由膜體(膜材)、張拉索(邊索、谷索、脊索和拉地索)、支承結(jié)構(gòu)、錨固體系及各部分之間的連接節(jié)點(diǎn)等組成。

2.1 膜材

膜材是由高強(qiáng)度的織物基材加上聚合物涂層構(gòu)成的復(fù)合材料。膜材根據(jù)基材和表面涂層的不同，一般分為三大類：A種膜材(玻璃纖維基材、PTFE涂層)、B種膜材(玻璃纖維基材、硅酮涂層)、C種膜材(聚酯長絲基材、PVC涂層)。其中A種膜材多用于美洲和日本，C種膜材在歐洲較為常見，而B種膜材由于其自身性能等原因很少采用。

2.2索

常見膜結(jié)構(gòu)中所用的索有鋼絲等。根據(jù)索所處的位置和功能的不同可將索分為邊索、谷索、脊索和拉地索。

2.3支承結(jié)構(gòu)

膜結(jié)構(gòu)都是支承在一定的結(jié)構(gòu)體系上。根據(jù)支承條件不同可將索膜結(jié)構(gòu)支承體系分為三大類：剛性支承體系、柔性支承體系和混合支承體系。由于膜結(jié)構(gòu)靠結(jié)構(gòu)內(nèi)的預(yù)應(yīng)力來形成建筑的造型，故對支承結(jié)構(gòu)的安裝精度要求較高。在膜結(jié)構(gòu)吊裝前，須根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求對支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測，并做復(fù)測紀(jì)錄。

2.4錨固體系

屬于自平衡體系的索膜結(jié)構(gòu)，其索和膜的預(yù)應(yīng)力是由邊界結(jié)構(gòu)構(gòu)件來承受的，而非自平衡結(jié)構(gòu)是通過抗拉錨固體系傳遞抵抗索拉應(yīng)力效應(yīng)的。抗拉錨固體系可分為以下幾類：重力錨固體系、抗拔樁錨固體系、阻力錨固體系(板式、蘑菇式、擋土墻式)、摩擦錨固體系和巖石錨固體系等。