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膜结构的形状多样性


重庆膜结构的一个突出特点是其形状的多样性,存在着无限的曲面可能性。对于气承式气膜结构,充气后的表面主要是球形或圆柱形,可能没有太多选择。对于由索或骨架支撑的膜结构,其表面可以根据建筑师的想象进行改变。

多年来,各国举办的博览会都突出了膜结构不断变化的形态。在这些博览会上,所有大大小小的展厅都以新颖独特的造型吸引观众,膜结构可以达到这一目的。例如,1985年在日本茨城县举行的国际科技博览会的入口处,就是一扇用彩色薄膜材料做成的拱门。在很多展厅里,膜结构尤为引人注目。例如,火烈鸟馆用钢梁和钢缆组成的框架支撑平的凹凸屋顶。美国馆有一个银白色的屋顶,悬挂在高耸的桅杆上。25个尖顶帐篷悬挂在电力馆的中心塔上。反射的火焰就像夜晚燃烧的火焰。其他建筑如候车亭、电话亭、走廊和厕所也出现了各种形式的薄膜材料。

重庆膜结构1.png

就形状而言,它对建筑师来说非常重要。一般建筑物的形状通常是由建筑师首先决定的。膜结构不同。首先,它的变形大于一般结构。其次,它的形态是在施工过程中逐渐形成的。有一个形状确定的问题,这需要结构工程师的参与。需要确定结构在初始荷载作用下的初始形状,即在膜重(有时是索)和预应力作用下结构体系的平衡位置。在初步设计阶段,根据建筑要求设置近似几何形状,然后对膜面施加预应力以承受张力,其形状也随之发生变化。通过对预应力进行连续调整,可以得到理想的几何形状和应力分布状态。

悬索结构中索网的形状与膜结构相同。例如1968年蒙特利尔世博会德国馆和1972年慕尼黑奥运会主体育场都有特殊形状需要确定,当时只能用比例模型求解。这种方法也用于早期的膜结构,从最简单的肥皂膜到织物或金属丝。因为它不能作为一个完整尺寸的几何模型来保证它的正确性。但对设计师来说也是一种有效的手段。随着计算机技术的发展,膜结构的形状越来越依赖于计算机。在膜结构设计理论中,出现了一个特殊的研究课题——找形。为了找到一个合理的几何形状,膜结构的初始形状可以通过计算机多次迭代来确定。

膜结构设计打破了传统的先造后结构的设计方法,要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中,建筑师和结构工程师坐在一起确定建筑物的形状,并进行必要的计算和分析。此时,设计建筑的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小将成为相互制约的因素。完美的设计是上述矛盾统一的结果。

 

 


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