膜结构的基本体系和方案选择.docVIP

PAGE  PAGE 9 美翔膜结构有限公司 康经理 膜结构的基本体系与方案选择 第一讲 膜结构的基本体系与方案选择 膜结构设计专题讲座 1 膜结构的基本体系与方案选择 胥传喜 武 岳 (RIGHT TECH(S) PTE LTD) (哈尔滨工业大学) 提要 膜结构所用的材料和技术均不同于传统结构.膜结构的设计一般在方案阶段就有专业膜结构公司介入.本文就膜结构方案建议阶段的工作内容及相关知识如结构体系的确定,膜材料的选择,造价估算等展开论述和讨论. 关键词: 膜结构 结构体系 膜材料 工程设计 造价估算 Structural System Determination and Cost Estimating for Membrane Construction Xu Chuanxi Wu Yue (RIGHT TECH(S) PTE LTD) (Harbin Institute of Technology) Abstract The material and the technology used for membrane structure are different from the traditional structure. Usually, the specialized membrane structure company involves the construction in the design proposal stage. This lecture focuses on the knowledge of the conceptual proposal, including structure system determination, the fabric choice, the cost estimating and so on. Key words membrane structure, structural system, fabric, engineering design, cost estimating 1. 膜结构的基本形式与结构体系 膜结构是以厚度通常小于1 mm 的薄膜材料为主要受力构件的表面张力结构.根据施加张力的媒介不同,膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类. 1. 充气膜结构的基本形式 充气膜结构通过向膜内充气而使膜面形成张力,维持设计的形状并承受荷载.充气膜结构的基本形式有气承式,双层或多层气垫式,气肋式等. 充气膜结构在膜结构发展的早期曾得到很大发展,其典型工程有B.C. Place Stadium ( Canada, 232X190m, 1983, 气承式) ,GALET EXPO 2002 (103m/80m/71m , 双层气垫式) ,Fuji Group Pavilion ( Expo70,气肋式) 等,见图1. 除了充空气外,日本的石井一夫教授还研究了300m X 150m 的充氦气悬浮膜结构屋顶方案[1],而这一构想也被应用于在我国深圳龙岗商业中心(图2)的工程设计中.尽管近年来膜结构的发展重点在张力膜结构上,以英国Eden Project为代表的,利用以透明ETFE膜材做成的双层或多层气垫为基本单元(图3)的结构也很引人注目. 第一讲 膜结构的基本体系与方案选择 膜结构设计专题讲座 2 图1 充气膜结构的基本形式 a. 气承式; b. 气垫式; c. 气肋式 图2 龙岗商业中心充氦气悬浮膜结构方案 图3 ETFE气垫及其代表工程 2. 张拉膜结构的基本形式 张拉膜结构以钢索,钢结构构件等为边界,通过张拉边界或顶升飞柱等手段给膜面施加张力,维持设计的形状并承受荷载. 张拉膜结构的基本外形有马鞍形,圆锥形(伞形),拱支承形,脊谷式等,见图4.应用于实际工程的张拉膜结构常常是这些基本外形的组合. 图4 张拉膜结构的基本形式 a. 马鞍形 b. 圆锥形(伞形) c. 拱支承形 d. 脊谷式 张拉膜结构设计的一大特点是需要进行形态分析,即通常所说的找形.张拉膜结构的自由造型需要符合力学平衡.事实上,找形的目的不仅仅是找出一个满足平衡的形状,还包括对所找出曲面的预第一讲 膜结构的基本体系与方案选择 膜结构设计专题讲座 3 应力及刚度的分析,或者说是对曲面的病态判别及其修改.张拉膜结构的外形设计需要建筑师与专业膜结构技术人员共同完成.有关找形方法及形与力的关系等,将在下一讲中专门论述.本专题讲座将主要就张拉膜结构展开. 3. 张拉膜结构的支承体系 张拉膜结构工程按支承结构及边界约束可分为三种类型,即柔性支承体系,刚性支承体系,混合支承