咱們見過的
膜結構建筑非必須有四種基本外形,分別為馬鞍形、傘形、拱支式和脊谷式,了解這四種典型結構方法的曲面構成和力學特色,有助于增進對膜結構中形與力的觀點。
1.鞍形(saddleshape)
鞍形曲面由四個不共面的角點和聯接角點的邊際構件圍合而成,是典型的互反曲面方法。在這四個角點中,一般有兩個對角點爲高點(HP),另兩個爲低點(LP)。鞍形膜結構的邊際構件可所以混凝土梁或空間鋼桁架,即構成所謂的剛性鴻溝;也能夠運用邊索,通過對其施加較大的預張力構成柔性鴻溝。因為柔性鴻溝能夠較好地適應膜面的變形,避免膜面在設備和受荷進程中出現褶皺,因而較爲常用。
關于菱形立體的鞍形膜結構,可定義兩對角點間的程度距離L爲跨度,高點(或低點)與跨中點間的高差f爲矢高,f/L爲矢跨比(如圖4b所示)。矢跨比是操控鞍形曲面外形的重要參數。矢跨比越大,膜面曲率越大,結構剛度就越好;一般矢跨比在1/8~1/12之間。
鞍形膜結構的適用跨度較小,一般多用于膜結構小品中。
2.傘形(conicalshape)
傘形膜結構也是稀有的張拉膜結構方法之一。這種結構方法的特色在于,膜單元的周邊肯定位置較低,多固定在剛性邊梁或柔性邊索上;在膜單元的中部設有一個或多個高點,多通過獨立柱、飛柱或懸掛環的支承來完結;整個膜面呈錐形爲了避免在高點左近的膜材外部應力過大,當膜單元跨度較大時,可在高點和鴻溝支承點之間設置脊索,以改動結構外部的傳力途徑,避免膜材出現應力會集。傘形曲面還能夠倒置運用于工程中。
3.拱支式(archsupportedshape)
拱支式膜結構以拱爲膜材供給連續的支承點,結構立體多爲圓形或近似橢圓形。當跨度較大時,常在兩端拱與下部邊際構件之間安置正交索網。拱支式膜結構多用于封閉式建筑中,如加拿大加爾格里的林賽公園體育中心(LindsayParkSportsCenter)便是典型的拱支式膜結構。
4.脊谷式(waveshape)
脊谷式膜結構是在兩高點之間安置相互平行的脊索、在兩低點之間安置谷索,上下相間,曲面呈波浪形;脊索和谷索之間的膜面構成負高斯曲率曲面。當結構跨度較大或荷載較大時,還可在脊索和谷索之間恰當安置一些橫向的增強索。脊谷式膜結構的結構立體多呈矩形,如圖7所示。美國的丹佛國際機場和加拿大的CanadaPlace等,都是典型的脊谷式膜建筑。
盡管上述四種基本方法的造型各不相反,但都遵循一個繩尺,即要通過剛性支承構件或聯接件在膜面內構成一系列的高點和低點;這正是互反曲面的基本特征,即互反曲面的鴻溝不會坐落同一立體內。把握了這一繩尺,在實踐規劃中就能夠根據支承構件的方法(桅桿、拱或吊環)及其對膜的支承方法(點支承或線支承),來選取恰當的膜結結構型方法。
以上四種基本方法僅僅是爲了加深了解所作的一種雜亂歸結,實踐膜結構的外形遠非如此雜亂,乃至能夠說是鮮有相同;即使是這四種基本方法本身也能夠有多種多樣的變形。在實踐規劃時,切不能夠拘泥于其間,而應把握膜結構天然、流利的精華,創造出更多的新穎、特別的膜結構著作。