膜结构的形状与建筑功能要求有哪些?

作者:admin 发布日期: 2019-08-09 二维码分享

    膜结构的形状与建筑功能要求有哪些?你知道吗吗?下面随着陕西膜结构厂家普易建设小编来一起学习吧:

    作为膜结构的主要构件,索和膜均不能抗弯和抗压,结构体系必须依靠曲面的张力维持其形状并抵抗外荷载。膜结构外形设计就是确定满足设计要求的平衡曲面和与此曲面对应的预张力值,也就是说,外形设计同时也是内力设计。这一过程,称之为 “找形”(form-finding)。

1.互反曲面的必要性

在几何上,根据曲面在两主曲率方向的曲率乘积,可将曲面分为正高斯曲面、零高斯曲面和负高斯曲面三大类(如图 1 所示)。正高斯曲面的两个主曲率半径均位于曲面的同侧,如球面;这类曲面也称为同向曲面(synclastic surface)。零高斯曲面在两主曲率方向中有一个方向的曲率为零,如柱面。负高斯曲面的两主曲率半径分别位于曲面的两侧,如鞍面;这类曲面也称为互反曲面(anticlastic surface)。前两类曲面较多应用于类似网壳结构那样的刚性结构中,而互反曲面则是索网结构和膜结构中常用的曲面形式。

为什么膜结构的曲面必须是互反曲面呢?设想有一空间点 A,要维持该点的平衡,对于杆系结构至少需要三根杆件,如图 2a 所示;对于索结构,由于索不能受压,所以至少需要连接四根索段,而且其中两根索段要向上弯,以承受向下的节点力;另两根索段向下弯,以承受向上的节点力,如图 2b 所示。以此类推,索网结构中每一节点均需要满足上述条件,则必然形成互反曲面,如图 2c 所示。膜结构的曲面形成原理与索网结构类似。可见互反曲面是维持索、膜结构稳定性的基本要素。

2. 预张力的作用

对于膜结构,要保证结构的稳定,除了要具备空间曲面形状外,预张力也是不可缺少的要素。预张力对膜结构的作用可以概括为以下两个方面(这里为了叙述方便,仍以索结构为例):

(1)增加结构的刚度

设想有一根在两端固定的竖索,索中预张力为零;当在索跨中施加向下的集中力 P 后,由于下半段索松弛退出工作,故力 P 完全由上半段索承担,其索力为 P,相应的伸长量为Δ(如图 3a 所示)。当索中存在预张力 PS时,上下两段索均会参与工作,此时上半段索力变为 PS+P/ 2,下半段索力变为 PS-P/ 2,相应的伸长量也变为Δ/ 2(如图 3b 所示)。图 3c 给出了结构在无预张力(直线 A)和有预张力(折线 BCD)两种情况下的荷载-位移曲线,其中 C点对应下半段索的张力降低为零的时刻。

(2)维持结构的稳定

仍以图 2b 为例,当 A 点作用向下的外力后,向上弯的两根索段中的内力会增加,向下弯的两根索段中的内力会减小;由于索不能受压,当索中无预张力时,向下弯的两根索段就会松弛退出工作,这样节点 A 将失去侧向约束;如果索中存在预张力,在向下的外力作用下,向下弯的两根索段内力会减小但仍维持张力状态,从而保证节点的约束充分,维持其稳定。
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