張力膜結(jié)構(gòu)

當一個物體受到四個以上不在同一平面內(nèi)的拉力作用，且它們能構(gòu)成平衡力系時，該物體就能僅在拉力作用下于三維空間內(nèi)保持穩(wěn)定。通過這一原則可以確定張力薄膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定形狀。

負高斯雙曲面的正負曲率之和為零。

雙曲膜結(jié)構(gòu)是依靠形狀而非材料來承載的，根據(jù)這一原則確定的膜面形狀能以最少的材料覆蓋最大的建筑面積。

張拉膜面自身又是膜結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，其平衡由膜帶或索等制成的加勁邊來維持，加勁邊的空間位置由支承構(gòu)件及懸掛構(gòu)件確定。為了覆蓋較大面積而不增加不必要的重量，尾面可用一組膜片來形成。

設(shè)計師可以通過改變內(nèi)外支承的布置來得到許多負高斯雙曲面。進行綜合設(shè)計時要同時考慮建筑和結(jié)構(gòu)兩方面的因素。在設(shè)計過程中，支承構(gòu)件的布置和尺寸以及膜面的形狀應(yīng)與所需覆蓋空間的跨度和承受的荷載相聯(lián)系。這樣，通過逐步設(shè)計最終得到最優(yōu)的建筑方案。

工程中常用的只是一些典型的負高斯曲面，其實可以采用的曲面形式是多種多樣的。

設(shè)計膜屋面形態(tài)的基本方法有兩種：第一種方法是通過內(nèi)外支承和邊界條件的自由設(shè)置得到整個建筑結(jié)構(gòu)的張力自平衡連續(xù)曲面，基于該方法可以設(shè)計出獨特的建筑環(huán)境；第二種方法是通過標準雙曲面單元的開展和組合來獲得較大的覆蓋面。

最基本的負高斯曲面結(jié)構(gòu)是高低點間隔布置、用直線或曲線相連結(jié)而成的四點鞍形曲面。以四點鞍形曲面的一個高點或低點為中心，將多個鞍形曲面按放射狀排列，可形成一個星形結(jié)構(gòu)，將其按線性排列可形成高低點間隔布置的結(jié)構(gòu)形態(tài)。這些只是將基本單元進行重復或局部切割等多種布置方式從而得到曲面的兩個示例。

與標準的重復擴展不同，自由曲面膜結(jié)構(gòu)是動態(tài)和連續(xù)的，便其獨具魅力。它們可由幾個支承點和一些簡單單元構(gòu)成，也可以是更為復雜的形式。它們可以是對稱的，也可以在任意邊界內(nèi)形成。自由曲面膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)件重復率較低，性能更為復雜，需要更加精細的設(shè)計。從常規(guī)建筑角度看，膜結(jié)構(gòu)的建筑形式靈活且建筑空間復雜多樣。

膜面的形態(tài)也與建筑的尺寸有關(guān)。張拉膜結(jié)構(gòu)需要足夠大的建筑尺寸來形成其雙曲面。高低支承點所需的高差非與結(jié)構(gòu)的跨度、預(yù)應(yīng)力水平以及支承反力的大小有關(guān)。

建筑的跨度不同對其形態(tài)要求也不同，例如四點鞍形曲面是跨度在15~20m之間最輕質(zhì)高效的結(jié)構(gòu)形式之一。將它應(yīng)用于大跨度建筑，則會使結(jié)構(gòu)高度和支承反力過大，而且無法完成其作為遮蔽物的建筑功能。大跨度薄膜結(jié)構(gòu)需要有內(nèi)部梁、桅桿等承支構(gòu)件或外部懸吊的脊索、谷索、環(huán)索等內(nèi)部線型結(jié)構(gòu)。更大規(guī)模的建筑也可采用頂部圓形支承環(huán)，此時為了保證膜面以及傳力路線的連續(xù)性，其直徑與建筑的跨度之比不能過小。

建筑設(shè)計方案要使其結(jié)構(gòu)、外觀形態(tài)以及經(jīng)濟性的多方面因素與其功能相適應(yīng)。根據(jù)極小曲面原理，建筑師和工程師應(yīng)明白最簡單的方案往往最有效 。

施加預(yù)張力是膜結(jié)構(gòu)工程施工安裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是整個膜結(jié)構(gòu)體系抵抗外荷載做到安全可靠的重要保障。??

施加預(yù)張力方案在初步設(shè)計中就應(yīng)確定，在施工圖中應(yīng)明確表述，在施工安裝方案中做詳細的操作策劃。?

膜結(jié)構(gòu)體系中的各結(jié)構(gòu)部件應(yīng)力求制作準確，施工安裝在嚴格的測量監(jiān)控下應(yīng)力求定位準確，在這一前提下，位移控制膜結(jié)構(gòu)體系的預(yù)張力水平更直觀到位，力值也應(yīng)基本吻合設(shè)計值。位移允許偏差±109^，可以包容制作、安裝的累積偏差。??

力值控制預(yù)張力的施加水平可能會受到摩擦力等多種因素的干擾。在有代表性的施力點，抽檢力值作參考，更有利于預(yù)張力施加的控制 。2100433B

張力膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)主要分為兩種類型：

1、負高斯曲面或雙曲鞍形面：

通過機械方式在膜面內(nèi)沿著其邊界施加預(yù)應(yīng)力而得到的張力平衡且穩(wěn)定的形態(tài)。

2、正高斯曲面或雙曲球形面：

通過在膜面法向上作用氣壓力或水壓力而得到的平衡且穩(wěn)定的形態(tài)，這類結(jié)構(gòu)又可分為氣承式和氣枕式兩類 。

正高斯曲率膜結(jié)構(gòu)靠膜面內(nèi)外的氣體或液體形成的壓力差成形、施加預(yù)應(yīng)力和保持穩(wěn)定。膜面內(nèi)力與其曲率成比例，曲率半徑越大，內(nèi)力越大。按照流體靜力學原理形成的結(jié)構(gòu)是自然界中最的效的荷載分配體系，比如水滴和活細胞就顯示出這樣的特性，靜水壓力隨著高度而逐漸增大，從而形成曲率半徑連續(xù)變化的形狀。另外，自然大氣中的氣枕式充氣結(jié)構(gòu)可以認為是均勻受力的 。

建筑工程施工技術(shù)措施系列叢書分為六分冊，即《地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù)措施》、《鋼筋混凝土工程施工技術(shù)措施》、《模板與腳手架工程施工技術(shù)措施》、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)措施》、《建筑裝飾裝修工程施工技術(shù)措施》以及《防水工程施工技術(shù)措施》。本冊主要包括：鋼結(jié)構(gòu)安裝、鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)、張力膜結(jié)構(gòu)、鋼塔桅結(jié)構(gòu)吊裝、輕鋼結(jié)構(gòu)安裝、高強度螺栓連接、金屬壓型板工程、鋼構(gòu)件焊接與加工制作。

本書主要講述了多種新型模板和腳手架的應(yīng)用，如典型高跨結(jié)構(gòu)的模板支撐體系，異型混凝土結(jié)構(gòu)模板的施工技術(shù)，電控附著升降腳手架與模板一體化成套技術(shù)，附著升除腳手架的安全設(shè)計及風荷載計算。