一、關(guān)于結(jié)構(gòu)膜
一般鋼結(jié)構(gòu)屋頂,是由橋梁支撐屋面板,上面覆蓋防水、隔熱層,這些屋面材料皆不承受結(jié)構(gòu)力。但膜結(jié)構(gòu)中的膜本身就承受活荷載包括風(fēng)壓、溫度應(yīng)力等,膜既是覆蓋物,亦是結(jié)構(gòu)的一部分。 以材質(zhì)分類,結(jié)構(gòu)膜有以下兩種:
1、織布合成膜:以聚酯絲織成的市心,雙面涂以PVC樹(shù)脂,再用熱熔法覆蓋上一層聚氟乙烯膜,制成復(fù)合膜,使用年限從 7年延長(zhǎng)到15年。因布心的張力強(qiáng)度較大可以使用于多種的張啦力型結(jié)構(gòu),跨度可達(dá)8m-10m,在美、日、法等國(guó)皆生產(chǎn)多種品牌。
2、平面不織膜:由各種塑料,在加熱液化狀態(tài)下擠出的膜,它有不同厚度、透明度及顏色,更通用的是聚乙烯膜。亦有以聚乙烯和聚氯乙烯熱熔后制成的復(fù)合膜,其抗紫外線及自潔性強(qiáng),且使用年限可從7年延長(zhǎng)到15年,此種膜因張力強(qiáng)度不大,而自跨度不大,屬于半結(jié)構(gòu)性的膜材。
二、幾種膜結(jié)構(gòu)
與上述結(jié)構(gòu)膜結(jié)合的結(jié)構(gòu)大約有下述幾類:
1、混凝土結(jié)構(gòu)主體加鋼拱以上兩種更簡(jiǎn)單的膜結(jié)構(gòu),依平面的形狀,如方形、菱形等,可有許多變化,拱的間距依使用的膜材強(qiáng)度、設(shè)計(jì)荷載、風(fēng)力等確定。
2、純鋼拱形結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的梁柱系統(tǒng),屋頂為圓拱式,柱梁間距一般為8m左右。
3、混凝土主體結(jié)構(gòu)加鋼索脊素為上彎,位于膜布下面,谷索為下彎,位于膜上面。兩種鋼索的彎向相反張拉后造成相反方向的垂直力,使膜市受到垂直方向的張力,膜布中水平方向的張力直接張拉形成。
4、混凝土主體結(jié)構(gòu)加鋼柱
5、張拉式帳篷膜結(jié)構(gòu)
6、大型跨度在200m以上氣撐式膜結(jié)構(gòu) 用扁鋼作的鋼索加上膜布,可以做成大跨度的巨型屋頂。這種建筑,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便,經(jīng)濟(jì)效益高,無(wú)需維修。但因需常年維持封閉,進(jìn)出較不便,現(xiàn)己不再新建,但仍不失為一種好的結(jié)構(gòu)形式。由于膜結(jié)構(gòu)需要精確的設(shè)計(jì)及剪裁,以達(dá)到理想的效果,大衛(wèi)、蓋格和哥倫比亞大學(xué)的同僚邁克、馬克麥克和約塞夫、賴特共同開(kāi)發(fā)了非線性鋼索計(jì)算程式,為氣撐式大型膜屋頂工程設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。自1973年至1978年,在世界各地一連建造了12座氣撐式膜結(jié)構(gòu)大型室內(nèi)體育館,與同時(shí)期落成的其他球場(chǎng)比較,這些膜結(jié)構(gòu)的體育館不但價(jià)格便宜,而且施工快。面積40000m2的銀頂球場(chǎng)的屋頂只用了11.5個(gè)月即全部完成。為世界更大之室內(nèi)體育館。
7、鋼索穹頂 1980年左右,蓋格先生又創(chuàng)造了使用永久性結(jié)構(gòu)膜的新技術(shù),這種新技術(shù)是基于工程哲學(xué)家巴克明斯特。富勒的理論。富勒認(rèn)為現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)都是在對(duì)抗地心吸引力,不斷地爭(zhēng)取壓力的連續(xù)性,但自然界并非如此。這是一項(xiàng)看似平淡,實(shí)則非常智慧的哲理,1983年他發(fā)表的文章中建議在結(jié)構(gòu)上逐步減少壓力的影響,而增加張力的作用,富勒將他的新觀念命名為“張力式”,英語(yǔ)是張力Tension和完整(Integrity二字的合成。在這種理想的結(jié)構(gòu)中“壓力桿件是張力大海中的一個(gè)小島”。蓋格先生對(duì)富勒的哲理,則有更進(jìn)一步的解釋,他認(rèn)為“空間的跨越是由連續(xù)的張力索和不連續(xù)的壓力桿”完成的。在這一理論基礎(chǔ)上,他提出鋼索穹項(xiàng)由以下桿件組成:中央張力環(huán)經(jīng)由數(shù)目為四的倍數(shù)的脊索、環(huán)索、中繼斜拉索、壓力桿和斜拉索而到達(dá)壓力環(huán)梁,形成一個(gè)完整封閉的張力拱結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
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