自行車棚設計方案：張拉索膜結構體系及其施工技術

日期：2012-03-08 閱讀數：1934

膜結構是指積極地利用膜狀材料，并在結構及建筑設計上充分體現膜結構特點的結構形式。膜結構起始于遠古時代游牧民族以獸皮做頂、樹枝做柱所搭建的帳篷，進入近代社會以來，人們利用類似的原理，制作臨時性的設施，如行軍野營用的帳篷等。當時的屋面材料僅為一些做了簡單防水處理的織物，在強度、穩定性以及耐久性等方面均難以達到永久建筑的要求。上世紀50-60年代，隨著化學工業的飛建發展，加工復合材料工藝的進步，使作為屋頂使用的膜材的綜合性能得以改善和提高，為這一新興建筑形式的流行打下了良好的物質基礎。同時，隨著社會發展和生活水平提高，人們希望突破傳統建筑結構形式和風格的局限，膜結構以其新穎獨特的建筑造型順應了人們的這一愿望。

現代膜結構工程是集建筑學、結構力學、化工學、材料學及計算機學為一體的高科技工程"，。由于它獨特的性能和強烈的視覺沖擊效果，很快被人們所接受，并出現了不可阻擋的發展態勢。膜結構建筑適用范圍很廣，可用于體育建筑、展覽建筑、娛樂建筑、演出建筑、機場建筑及各類海濱娛樂休閑建筑及設施。

1 膜結構分類

從結構形式上膜結構建筑可簡單地概括為充氣式、骨架式和張拉式三大類口。

1．1 充氣式膜結構(Air Supported Membrane Structure)

充氣式膜結構是依靠膜曲面內外氣壓差來維持膜曲面的形狀。這種索膜建筑歷史較長，但因在使用功能上明顯的局限性(如形象單一、空間要求氣閉等)，使其應用面較窄；但充氣式索膜體系造價較低，施工速度快，在特定的條件下又有明顯優勢。1970年日本大阪萬國博覽會的美國館，采用的就是這種結構，它標志著膜結構的開始。

1．2 骨架式膜結構(Framework Membrane Structure)

骨架式索膜建筑常在某些特定的建筑中被采用，是由于其結構形式本身的局限性(骨架體系自平衡，膜體僅為輔助物，使膜體強度高的特點發揮不足等)；而骨架形式與張拉形式的結合運用，常可取得更富于變化的建筑效果。骨架式索膜體系建筑表現含蓄，結構性能有一定的局限性，造價低于張拉式體系。1996年亞特蘭大奧運會主體育館(佐治亞穹頂)為這類結構的典型工程。

1．3 張拉式索膜結構(Tensioned Cable-Membrane Structure)

張拉式索膜建筑可謂索膜建筑的精華和代表。張拉索膜結構中膜曲面通過預應力維持自身形狀，膜既是建筑物的圈護體又作為結構來抵抗外部荷載效應。由于其建筑形象的可塑性和結構形式的高度靈活性和適應性，該結構形式的應用極其廣泛。張拉式索膜結構又可分為索網式、脊谷式等。這種體系富于表現力，結構性能強，但造價稍高，施工精度要求也高。這類工程最典型的是美國丹佛機場候機大樓。

2 張拉索膜結構體系

張拉式索膜結構體系由膜體(膜材)、張拉索(邊索、谷索、脊索和拉地索)、支承結構、錨固體系及各部分之間的連接節點等組成。

2.1 膜材

膜材是由高強度的織物基材加上聚合物涂層構成的復合材料。膜材根據基材和表面涂層的不同，一般分為三大類：A種膜材(玻璃纖維基材、PTFE涂層)、B種膜材(玻璃纖維基材、硅酮涂層)、C種膜材(聚酯長絲基材、PVC涂層)。其中A種膜材多用于美洲和日本，C種膜材在歐洲較為常見，而B種膜材由于其自身性能等原因很少采用。

2.2索

常見膜結構中所用的索有鋼絲等。根據索所處的位置和功能的不同可將索分為邊索、谷索、脊索和拉地索。

2.3支承結構

膜結構都是支承在一定的結構體系上。根據支承條件不同可將索膜結構支承體系分為三大類：剛性支承體系、柔性支承體系和混合支承體系。由于膜結構靠結構內的預應力來形成建筑的造型，故對支承結構的安裝精度要求較高。在膜結構吊裝前，須根據規范和設計要求對支承結構進行復測，并做復測紀錄。

2.4錨固體系

屬于自平衡體系的索膜結構，其索和膜的預應力是由邊界結構構件來承受的，而非自平衡結構是通過抗拉錨固體系傳遞抵抗索拉應力效應的。抗拉錨固體系可分為以下幾類：重力錨固體系、抗拔樁錨固體系、阻力錨固體系(板式、蘑菇式、擋土墻式)、摩擦錨固體系和巖石錨固體系等。