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張拉膜結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)核心

2015-04-09 16:20  建設(shè)工程教育網(wǎng)整理  【  【打印】【我要糾錯】

  張拉膜結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)核心在于控制結(jié)構(gòu)的邊界條件以及支承結(jié)構(gòu)的幾何形狀,從而找到滿足設(shè)計(jì)要求的最佳膜面形態(tài)。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相比,張拉膜結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)是一個多專業(yè)間的相互協(xié)調(diào)過程。為了得到滿足功能要求的最簡約設(shè)計(jì),建筑師必須要與其他工程師緊密合作。

  輕型張拉膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)科始于20世紀(jì)50年代FreiOtto的皂膜試驗(yàn)。自適應(yīng)找形是他創(chuàng)建的新設(shè)計(jì)學(xué)派的基本概念。他提出的“極小曲面”理論開創(chuàng)了現(xiàn)代張拉膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先河。基于這種理論,對于特定邊界條件得到的膜結(jié)構(gòu)表面積最小,從而耗能最少。這類張拉膜建筑的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力在整個結(jié)構(gòu)中均勻分布。

  以極小曲面為目標(biāo)的自適應(yīng)找形是輕利薄膜建筑的基礎(chǔ)。

  平面邊界內(nèi)的極小曲面是平面。然而只要膜表面或邊界上有一點(diǎn)不在這個平面內(nèi),得到的極小曲面上的每一點(diǎn)都會具有雙曲率。

  雙曲面可以是正高斯曲率的(比如充氣式結(jié)構(gòu)),也可是負(fù)高斯曲率的(比如預(yù)應(yīng)力張拉膜結(jié)構(gòu))。負(fù)高斯曲面的正、負(fù)曲率半徑之和為零。

  當(dāng)負(fù)高斯膜面為折減面(reducedsurfaces)時,膜材用量最少。由于結(jié)構(gòu)性能的高效性,膜結(jié)構(gòu)可以通過膜面形狀的大變形來重新分布局部集中荷載,而不會使該區(qū)域的膜面應(yīng)力顯著增加。這些特性使膜結(jié)構(gòu)成為輕型結(jié)構(gòu),即它在具有多變造型的同時,既能夠有效地承載又可保持外觀簡潔。這是張拉膜結(jié)構(gòu)建筑常常被認(rèn)為具有震撼力美感的原因之一。

責(zé)任編輯:tufangss
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