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膜结构建筑的形状有多少?

膜结构建筑有很多的优势和特点,很多的地方用的建筑都是由膜结构搭建而成,都是可以通过电脑进行设计和外观更改的,它具体能制作出什么样的形状呢?今天就和大家讲述一下关于膜结构建筑的相关知识。


膜结构的突出特点之一就是它形状的多样性,曲面存在着无限的可能性。对于气承式空气膜结构来说,充气之后的曲面主要是圆球面或圆柱面,可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承的膜结构,其曲面就可以随着建筑设计师的想象力而任意变化。      

          

膜结构形状的千变万化突出地表现在历年各国举行的博览会上,在这些博览会上,大大小小的展览馆,无不以新颖奇特的造型来吸引观众,而膜结构就能用来达到这样的目的。 

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例如1985年在日本茨城县举行的国际科学技术博览会,入口就是以五颜六色的膜材构成的拱形大门。在众多的展览馆中膜结构尤为夺目,像火鸟馆以钢梁与索组成的骨架支承扁平的凹凸屋面,美国馆以高耸的桅杆悬挂银白色的屋面,电力馆以中央塔架悬吊25个尖顶帐篷,夜晚通过灯光的反射宛如燃烧的火焰,其他像在候车亭,电话亭,走廊、厕所上也都出现了用膜材构成形式各异的建筑小品,蔚为大观。         

        

就形状而言,对建筑设计师来说是至关重要的,采用一般结构的建筑物,其形状往往是先由建筑师确定,膜结构则不同,首先它的变形比一般结构要大一些,其次它的形状是在施工过程中逐步形成的,有一个形状确定的问题,需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状,即结构体系在膜自重(或包含索)与预应力作用下的平衡位置。  

              

在初步设计阶段,先按建筑要求设定大致的几何外形,然后对膜面施加预应力使之承受张力,其形状也相应改变,经过不断调整预应力,最后就可得到理想的几何外形和应力分布状态。              

  

悬索结构中的索网与膜结构一样也有形状确定问题,像1968年蒙特利尔博览会的德国馆和1972年慕尼黑奥运会主体育场都有特殊的形状需要确定,当时只有借助于缩尺模型来解决。早期的膜结构也往往采用这个方法,材料从最简单的肥皂膜,一直到织物或钢丝,由于在小比例模型上测量的误差尚不足以保证曲面几何形的正确性,故对足尺的建筑外形只能起参考作用。但这还不失为一种有效的手段,能为设计者提供一个直观的形象。   

             

随着计算机技术的不断进步,膜结构的形状就更多地依靠计算机来确定,在膜结构设计理论中还出现了专门的研究课题--找形(formfinding);为了寻求合理的几何外形,这个过程通过计算机的几次迭算,就可确定膜结构的初始形状。           

     

膜结构设计打破了传统的先建筑,后结构做法,要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中,建筑师和结构工程师要坐在一起确定建筑物的形状,并进行必要的计算分析。这时,所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素,一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果。   

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膜结构常见四种形状:

第一:膜结构建筑的伞形形状

伞形的膜结构建筑是我们常见的张拉式膜结构的形式之一。这种结构的特点是:膜周边的位置相对较低,大多数固定在刚性边梁或柔性边索上。

膜结构建筑的四种基本形状以及保养方法

在膜面的中间位置会有一个或者多个高点,整个膜面形成一个锥形;当膜面的跨度较大时,可以在膜面的高点和边上的立柱支撑点间设置脊索,进而分担相应的膜力度。


第二:膜结构建筑的鞍形形状

鞍形的膜结构建筑是我们日常生活常用的结构形式。这种结构的特点是:鞍形曲面由四个不共面的角点和连接角点的边缘构件围合而成,是典型的互反曲面形式。

膜结构建筑的四种基本形状以及保养方法

鞍形膜结构的边缘构件可以为混凝土梁或钢桁架;也可以采用边索,通过对其施加较大的预张力形成柔性边界。鞍形膜结构的空间跨度比较小,所以多使用于膜结构建筑产品中。


第三:膜结构建筑的拱支式形状

拱支式的膜结构建筑的结构特点是:拱支式是以拱为膜材提供连续的支撑点,结构平面为圆形或椭圆形。

膜结构建筑的四种基本形状以及保养方法

当膜结构的跨度较大时,会在中间拱与下部边缘构件之间布置正交索网。所以,拱支式膜结构多用于生活中的封闭式建筑中。


第四:膜结构建筑的脊谷式形状

脊谷式的膜结构建筑的特点是:在膜结构建筑两高点之间布置相互平行的脊索、在两低点之间布置谷索,脊谷高低相间,使其曲面呈波浪形;并且脊索和谷索之间的膜面形成负高斯曲率曲面。脊谷式膜结构的结构平面多呈矩形。

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