膜结构分类浅析

时间 :2019-09-18

膜结构由一个仅承受拉应力织物面层和一个支撑体系组成。膜结构建筑从结构上有多重分类方式,最常用的是把膜结构分为骨架式、张拉式、充气式三种。

在本文中,为了便于后续适用性分析,薄膜结构分为5类,即骨架式膜结构、张拉式膜结构、充气式膜结构、索桁架膜结构及张拉整体与索穹顶膜结构。

骨架式膜结构

以钢材或是木材构成骨架后,在其上方张拉膜材的构造形式。在这种结构形式中,膜材虽然也是受力的一部分,但主要还是起到覆盖作用,仅在刚性骨架之间的局部范围内发挥张拉作用,其支撑构架自成一个稳定结构受力体系。由于受刚架的约束,整体变形不大,周期相对较短,风振效应相对较小。

张拉式膜结构

由稳定的空间双曲线张拉膜、支承桅杆、支承方向盘与边缘索等构成,可以更好 的展现出膜结构精神。在这种结构形式中,膜曲面不仅起覆盖作用,而且是整个受力体系的一部分,膜材、压杆和拉索共同组成结构受力体系,承受各种荷载。结构变形大,周期相对较长,风振效应较明显。

充气式膜结构

分为气承式膜结构和气肋式膜结构两种。气承式膜结构是将膜材固定于结构周边,利用送风系统让室内气压上升到一定压力后,使屋顶内外产生压力差,以抵抗外力;气肋式膜结构是指充气后具有支撑能力的拱形膜肋作为骨架,与膜材共同构成屋面体系,室内保持常压,不需要严格密闭措施。

索桁架膜结构

以张拉索和膜材作为结构体系承受外部作用力的轻质索支承张拉膜结构。索桁架张拉膜结构的索桁架自身为完整稳定的结构体系,可独立于膜存在,在特定的预张力模态下,具有足够的刚度来承受风荷载、雪荷载等;膜材承受次一级的结构受力作用。索桁架膜结构主要包括受拉的环向索、径向索或径向索桁架,压力环、覆盖膜,以及必要的桅杆、吊杆等。轻质抗拉强度高的拉索、膜材有机结合,压力环可采用钢结构管、桁架或钢筋混凝土。

张拉整体与索穹顶膜结构

由连续拉力杆件和局部压力杆,即受压杆位于张力的海洋,在一定空间内按照特定几何拓扑关系构成具有自稳定性的闭合结构体系。拉力杆件可以使连续的膜面、线形索或细棒,压杆可以是各种受压构件。索穹顶实现了连续拉杆、局部压杆,但它不是一个自立平衡稳定体系,必须依靠连续强大的压杆(圈梁)来抵抗拉力。Geiger体系径向脊索、环索、斜索与压杆和刚性边界构成对称平面索张力桁架体系,一般加谷索使膜面形成具有负高斯曲率的脊谷形,从而使膜、谷索构成次级结构体系。Levy发展为三角形网格体系,具有更大刚度和整体稳定性,但节点构造复杂,安装技术要求高。