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预应力因素影响膜结构建筑造型

时间:2019-08-14   作者:亿博源   已阅读:

    膜造型中结构支撑体系不变,因施加的预应力大小、比例不同而会有多种膜面形状,甚至有些造型不可实施,所形成的建筑室间视觉观感也会大不相同。这个问题在第2章中的基本造型单元中有说明。

    通常膜结构找形施加的预应力是各向同性的。相同的空间张拉锚点,由于预应力的不同,膜表面形状会有不同,如四角鞍形膜面边索控制25kN时因膜面预应力变化而形状变化的顶视图和侧视图。过小的预应力会浪费材料的性能储备,降低膜面的稳定,产生褶皱的几率加大。

    膜结构形状不仅又仅由所受经向或纬向的绝对值决定,更重要的是受局部经向和纬向应力的比率的影响。在数值化的找形分析过程中,经向和纬向预应力被施加到单独的膜单元上,膜面的变化是由特定的预应力和当前几何形状表示的函数关系,这种变形效应会在寻找种平衡形式的过程中随着几何形状的改变而不断地更新。

      新找形 分析的过程也可能检测出来物理上不可能达到平衡状态的- 系列预应力对应“形式”,在此情况下不会得到稳定的结果,计算机程序会从理论上确定出问题的区域。

      显示出不同边界几何条件对形状的影响和不同预应力比例条件下对形状的影响。图中的比例为膜表面预应力经向和纬向的比例。

      此结构本身是一个简单的圆锥形膜结构,并且图中由上到下排列顶环的半径是逐渐扩大的。经向被定义为连接上下两环的最短连线。随着上部顶环的直径减小,需要更大的经向应力来维持膜结构的形状。当所需的应力不足时,膜结构的形式在物理上是不成立的,会出现左上所示崩溃的现象。这一过程中在数值模型上等效为试图用根大头针挑起片肥皂泡的中心,势必会导致膜材的崩溃。

      由上述例子可以认识到: 膜建筑方案必须考虑结构支撑形式和预应力水平。实质上膜造型方案也必须同时是膜结构体系方案,方案起始于“膜结构”的初步思考。膜结构建筑师必须对索膜结构体系有较深刻的理解,明了体系的工作原理,熟悉体系构成,在索膜建筑设计中综合考虑。



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