張拉膜結構設計的主要內(nèi)容

　　從結構方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結構3種形式。

　　1.骨架式膜結構(Frame Supported Structure) 以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架后，在其上方張拉膜材的構造形 式，下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制， 且 經(jīng)濟 效益高等特點，廣泛適用于任何大，小規(guī)模的空間。青島 音樂 廣場

　　2.張拉式膜結構(Tension Suspension Structure) 以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是最能展現(xiàn)膜結 構精神的構造形式。 近年來，大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成 鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高，結構性能強，且具豐 富的表現(xiàn)力，所以造價略高于骨架式膜結構。

　　3.充氣式膜結構(Pneumatic Structure) 充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊，利用送風系統(tǒng)讓室內(nèi)氣 壓上升到一定壓力后，使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓 來支撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁，柱支撐，可得更大的空間，施工 快捷，經(jīng)濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續(xù)運行及機器 維護費用的成本上較高。

　　膜結構設計主要包括以下內(nèi)容 ：

　　1，初始態(tài) 分析 ：確保生成形狀穩(wěn)定、應力分布均勻的三維平衡曲面，并能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反復修正的過程。

　　2，荷載態(tài)分析：張拉膜結構自身重量很輕，僅為鋼結構的1/5，混凝土結構的1/40;因此膜結構對地震力有良好的適應性，而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于 目前 觀測資料尚少，故對膜結構的設計通常采用安全系數(shù)法。

　　3，主要結構構件尺寸的確定，及對支承結構的有限元分析。當支承結構的設計 方法 與膜結構不同時，應注意不同設計方法間的系數(shù)轉換。

　　4，連接設計：包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。

　　5，剪裁設計：這一過程應具備必要的試驗數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值(應通過雙軸拉伸試驗確定)。


 

　　膜結構在方案階段需要考慮的問題有：

　　1，預張力的大小及張拉方式;

　　2，根據(jù)控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式;

　　3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪);

　　4，關鍵節(jié)點的設計，以避免應力集中;5，考慮膜材的運輸和吊裝;

　　6，耐久性與防火考慮。

　　在膜結構設計階段所要考慮的要點有：

　　1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果;

　　2，細化支承結構，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀;

　　3，簡化膜與支承結構間的連接節(jié)點降低現(xiàn)場施工量。


 

　　膜結構研究的主要問題有：

　　1，找形(Form-finding)或更進一步叫“形態(tài) 理論 ”;

　　2，考慮膜材松弛和各向異性下的結構響應;

　　3，結構在風荷載作用下的動力穩(wěn)定性;

　　4，裁剪優(yōu)化;

　　5，膜與索及支承結構間的相互作用。