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自行车棚设计方案:张拉索膜结构体系及其施工技术

日期:2012-03-08 阅读数:1722

 

膜结构是指积极地利用膜状材料,并在结构及建筑设计上充分体现膜结构特点的结构形式。膜结构起始于远古时代游牧民族以兽皮做顶、树枝做柱所搭建的帐篷,进入近代社会以来,人们利用类似的原理,制作临时性的设施,如行军野营用的帐篷等。当时的屋面材料仅为一些做了简单防水处理的织物,在强度、稳定性以及耐久性等方面均难以达到永久建筑的要求。上世纪50-60年代,随着化学工业的飞建发展,加工复合材料工艺的进步,使作为屋顶使用的膜材的综合性能得以改善和提高,为这一新兴建筑形式的流行打下了良好的物质基础。同时,随着社会发展和生活水平提高,人们希望突破传统建筑结构形式和风格的局限,膜结构以其新颖独特的建筑造型顺应了人们的这一愿望。

现代膜结构工程是集建筑学、结构力学、化工学、材料学及计算机学为一体的高科技工程",。由于它独特的性能和强烈的视觉冲击效果,很快被人们所接受,并出现了不可阻挡的发展态势。膜结构建筑适用范围很广,可用于体育建筑、展览建筑、娱乐建筑、演出建筑、机场建筑及各类海滨娱乐休闲建筑及设施。

1 膜结构分类

从结构形式上膜结构建筑可简单地概括为充气式、骨架式和张拉式三大类口。

1.1 充气式膜结构(Air Supported Membrane Structure)

充气式膜结构是依靠膜曲面内外气压差来维持膜曲面的形状。这种索膜建筑历史较长,但因在使用功能上明显的局限性(如形象单一、空间要求气闭等),使其应用面较窄;但充气式索膜体系造价较低,施工速度快,在特定的条件下又有明显优势。1970年日本大阪万国博览会的美国馆,采用的就是这种结构,它标志着膜结构的开始。

1.2 骨架式膜结构(Framework Membrane Structure)

骨架式索膜建筑常在某些特定的建筑中被采用,是由于其结构形式本身的局限性(骨架体系自平衡,膜体仅为辅助物,使膜体强度高的特点发挥不足等);而骨架形式与张拉形式的结合运用,常可取得更富于变化的建筑效果。骨架式索膜体系建筑表现含蓄,结构性能有一定的局限性,造价低于张拉式体系。1996年亚特兰大奥运会主体育馆(佐治亚穹顶)为这类结构的典型工程。

1.3 张拉式索膜结构(Tensioned Cable-Membrane Structure)

张拉式索膜建筑可谓索膜建筑的精华和代表。张拉索膜结构中膜曲面通过预应力维持自身形状,膜既是建筑物的圈护体又作为结构来抵抗外部荷载效应。由于其建筑形象的可塑性和结构形式的高度灵活性和适应性,该结构形式的应用极其广泛。张拉式索膜结构又可分为索网式、脊谷式等。这种体系富于表现力,结构性能强,但造价稍高,施工精度要求也高。这类工程最典型的是美国丹佛机场候机大楼。

2 张拉索膜结构体系

张拉式索膜结构体系由膜体(膜材)、张拉索(边索、谷索、脊索和拉地索)、支承结构、锚固体系及各部分之间的连接节点等组成。

2.1 膜材

膜材是由高强度的织物基材加上聚合物涂层构成的复合材料。膜材根据基材和表面涂层的不同,一般分为三大类:A种膜材(玻璃纤维基材、PTFE涂层)、B种膜材(玻璃纤维基材、硅酮涂层)、C种膜材(聚酯长丝基材、PVC涂层)。其中A种膜材多用于美洲和日本,C种膜材在欧洲较为常见,而B种膜材由于其自身性能等原因很少采用。

2.2索

常见膜结构中所用的索有钢丝等。根据索所处的位置和功能的不同可将索分为边索、谷索、脊索和拉地索。

2.3支承结构

膜结构都是支承在一定的结构体系上。根据支承条件不同可将索膜结构支承体系分为三大类:刚性支承体系、柔性支承体系和混合支承体系。由于膜结构靠结构内的预应力来形成建筑的造型,故对支承结构的安装精度要求较高。在膜结构吊装前,须根据规范和设计要求对支承结构进行复测,并做复测纪录。

2.4锚固体系

属于自平衡体系的索膜结构,其索和膜的预应力是由边界结构构件来承受的,而非自平衡结构是通过抗拉锚固体系传递抵抗索拉应力效应的。抗拉锚固体系可分为以下几类:重力锚固体系、抗拔桩锚固体系、阻力锚固体系(板式、蘑菇式、挡土墙式)、摩擦锚固体系和岩石锚固体系等。

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