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膜结构出入口设计
- 2018-07-24 -

      膜结构出入口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。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,任何时候不存在无应力状态,因此膜曲面形状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。当今社会膜结构的广泛应用给建筑设计师们带来了更多的灵感,简单的膜材跟钢材结合经他们之手成为城市中实用与美兼并的艺术品,这不仅丰富了城市建设的建筑元素,也使膜结构行业得到了大力推崇。膜结构出入口设计采用张拉膜来建造,力量感与柔美弧线的表达新颖奇特,既是景观,又可遮阳避雨。
  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。因此初始预应力的确定要通过荷载计算来确定。地铁入口和风亭,采用轻质钢结构,肌理感极强的表皮利用轻质膜结构,外表轻便简洁,同时为入口空间提供了柔和的光线。

  在建筑行业的运用中,膜结构出入口是视觉最先接触的部分,除了功能以外,还应有很强的标识性,并能体现结构的个性。总体来说,膜结构出入口设计优雅别致,现代又不失古典韵味,融合新结构新材料的同时,自身的组织系统具有极大的灵活性和适应性,是建筑环境和城市景观的重要组成部分。由于膜结构独特的造型是其他结构类型无法比拟的,故成为近来建筑入口经常采用的形式。膜结构出入口设计应根据荷载,施工工况,支撑条件来进行,并且膜材只能承受拉力,不能承受压力和弯矩。膜结构设计时,应充分考虑使用阶段膜材替换对整体结构的影响。还要考虑当膜材破坏时,支承结构仍应保持自身的强度、刚度及稳定性。

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