第七讲 柔性边界膜结构的设计及实例
柔性边界膜结构的设计及实例
胥传喜 陈楚鑫 (RIGHT TECH (S) PTE LTD)
提要 柔性边界的膜结构是膜结构中应用最为广泛的结构形式.介绍了其设计要点和细部设计的内容及 做法,给出了两个设计实例. 关键词 膜结构 柔性边界 结构体系 细部设计 实例
The Design of Cable- Edged Membrane Structure
Xu Chuanxi Stanley Tan C.S.
(RIGHT TECH (S) PTE LTD) Abstract The cable-edged membrane structure is the most widespread structural style. It had been introduced that the design principle and the detailing for such type of membrane structure; two design examples had been presented.
Key words membrane structure
cable edge structural system
detailing example
柔性边界的膜结构是指以钢索等柔性材料为边界的一类膜结构.由于其边界为优美的弧形,加之造 型自由,因而深得建筑师的喜爱.柔性边界膜结构的外形可以是马鞍形,伞形,波浪形,或者是将这些 基本外形加以组合的自由造型.辅以钢索或桅杆等适当的内部支承,柔性边界的膜结构可以形成大面积 的覆盖空间.图 1 所示为一些典型的柔性边界膜结构的实例.
图1
膜结构设计专题讲座
一些典型的柔性边界膜结构
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第七讲 柔性边界膜结构的设计及实例
本文将介绍柔性边界膜结构的设计要点,细部设计的内容及做法,并给出两个造型简单而又典 型的结构设计实例.
1. 几何外形的优化与确认
在经过方案建议,方案明确及招标投标阶段后,中标的膜结构公司要进行膜结构的施工图设计. 施工图设计的首项任务就是几何外形的优化与确认.
1.1 影响几何形状的参数确定 进入施工图设计阶段,需要在中标方案的基础上确定以下与膜面几何形状有关的参数:膜面分区及 膜布经,纬分布方向,各找形基准点的空间坐标,伞形膜结构伞顶的具体位置及帽圈的大小,边索以及 其它与膜面形状相关的加强索,脊索和谷索的具体位置及其相应的弧度,膜面的应力分布及大小等. 虽然膜结构可以形成大面积的覆盖空间,从方便膜面加工制作及安装的角度来看,大覆盖面积的膜 结构应进行适当的分区,以减小单片膜面的面积.将膜面分区划块的另一个好处是万一以后发生膜材撕 裂的情况,要拆卸下来修补或更换,操作比较方便.复杂曲面的膜面是由简单曲面组合而成的.对复杂 造型的膜面进行分区时要考虑其曲面变化,排水安排及支承结构体系等因素. 柔性边界膜结构的找形基准点即膜角节点板的位置所在,与膜和支承结构的连接点位置及连接件的 尺寸关系密切,应在查看有关图纸并经现场实际考察后,根据具体情况确定. 伞顶的位置影响到膜面的形状,帽圈的大小直接关系到伞顶处膜的应力大小和膜面焊接制作时的难 易程度.为避免膜面应力在伞顶处过于集中及防止热合线过于密集,帽圈的尺寸不宜过小. 与膜面相连的索如边索,加强索,脊谷索等的弧度不仅影响到膜面的形状与覆盖面积,对索的内力 影响也非常明显.同时,边索的弧度还影响到膜角点处膜布的宽度及节点板边线的夹角.工程应用上一 般取边索弧形的矢跨比在 1/10左右. 膜面的应力分布及大小,不仅影响到找形所得的形状,还关系到结构张成后的刚度.确定膜面应力 时要考虑到所用膜材料的性能,张拉方法及实际张拉的难易程度. 1.2 膜面外形的优化与确认
在确定了与几何形状相关的上述参数后,需重新生成膜面形状,并对膜面进行荷载态分析;检查 膜面是否有应力过于集中,变形过大,以及是否会出现积水积雪等现象,进行必要的修改和优化. 形状的修改,优化,需得到建筑师和业主的确认,并通报其它专业工种,以便协调,配合.
2. 柔性边界膜结构的结构体系设计
支承结构体系自身的稳定性 在膜结构中,膜是主要受力构件之一.尽管如此,膜结构的支承体系仍应满足其自身稳定性的要 求.以图 2 所示的膜结构为例,为适应风载作用下的大变形,中间的桅杆底部做成铰接;虽然在张拉 完成后,膜面及其边索与桅杆可组成结构体系,在桅杆顶部还是设置适当的拉索以保证支承体系自身的 稳定性.这主要有两方面的考虑:一是为了在张拉膜面时,支承体系已经成型,以方便把握各控制点的 空间位置及对膜面实施张拉;二是为了防止万一发生膜材撕裂,不至于引起结构整体倒塌的严重事故, 更换膜面时施工也比较方便.如受条件所限不设稳定索时,宜将中柱设计成底部刚接的格构柱,确保中 柱的稳定,如图 3 所示.

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