苏州膜结构

张拉膜

 

                     张拉膜结构
 
张拉膜结构是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索共同构成机构体系。在阳光的照射下,由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光,无强反差的着光面与阴影的区分,室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚,建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空,建筑物的体型显现出梦幻般的效果。张拉膜结构特别适合用来建造城市标志性建筑的屋顶,如体育与娱乐性场馆,需有广告效应的商场、餐厅等。城市的交通枢纽是城市命脉的关键性建筑,使用功能要求建筑物各组成单元的标志明确。因而近来年,这类建筑越来越多采用膜结构。

          现在来介绍一下张拉膜的结构以及它的特性:
    张拉膜的组成:
       张拉膜结构的基本组成通常有:膜材、索与支承结构(桅杆、拱或其他刚性结构)。
     膜材是一种新兴的建筑材料,已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。膜材本身不能受压也不能抗弯,所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。此外,要保证膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力;而膜结构是通过改变形状来分散荷载,从而获得最小内力增长的,此外,索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑,从而保证不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。
    张拉膜结构的特性:
张拉膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。
 膜材的性能有:
1、 轻质:张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多,但却具有良好的稳定性。建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件,将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。
 2、 透光性:透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。膜材的透光性可以为建筑提供所需的照度,这对于建筑节能十分重要。对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。通过自然采光与人工采光的综合利用,膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。夜晚,透光性将膜结构变成了光的雕塑。
   膜材透光性是由它的基层纤维、涂层及其颜色所决定的。标准膜材的光谱透射比在10%~20%之间,有的膜材的光谱透射比可以达到40%,而有的膜材则是不透光的。膜材的透光性及对光色的选择可以通过涂层的颜色或是面层颜色来调节。
  通过膜材和透光保温材料的适当组合,可以使含保温层的多层膜具有透光性。即使光谱透射只有几个百分点,膜屋面对于人眼来说依然是发亮和透光的,具有轻型屋面的观感。
3、柔性:张拉膜结构不是刚性的,其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。膜结构通过变形来适应外荷载,在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小,直至能更有效抵抗该荷载。
  张拉结构的灵活性使其可以产生很大的位移而不发生永久性变形。膜材的弹性性能和预应力水平决定了膜结构的变形和反应。适应自然的柔性特点可以激发人们的建筑设计灵感。
  不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韧性极佳,不会因折叠而产生脆裂或是破损,这样的材料是有效实现可移动、可展开结构的基础和前提。

4、 雕塑感:张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。膜面通过张力达到自平衡。负高斯膜面高低起伏具有的平衡感使体型较大的结构看上去像摆脱了重力的束缚般轻盈地雕塑般的质感令人激动飘浮于天地之间。无论室内还是室外这种雕塑般的质感都令人激动。
  张拉膜结构可使建筑师设计出各种张力自平衡、复杂且生动的空间形式。在一天内随着光线的变化,雕塑般的膜结构通过光与景而呈现出不同的形态。日出和日落时,低入射角度的光线将突现屋顶的曲率和浮雕效果,太阳位于远地点时,膜结构的流线型边界在地面上投入弯弯曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,经过设计的人工灯光也可使膜结构成为光的雕塑。
5、 安全性:按照现有的各国规范和指南设计的的轻型张拉膜结构具有足够的安全性。轻型结构在地震等水平荷载作用下能保持很好的稳定性。
  由于轻型结构自重较轻,即使发生意外坍塌,其危险性也较传统建筑结构小。膜结构发生撕裂时,若结构布置能保证桅杆、梁等刚性支承构件不发生坍塌,其危险性会更小。
  膜结构的柔性使其在任一荷载作用下均以最有利的形态承载。当然,结构的布置和形状要根据荷载情况来进行设计和调整。设计要确何膜面与其辅助结构协调工作,以避免力在膜面或辅助结构上集中而达结构破坏的临界值。
6、 功能:由于张拉膜结构的自身特性,其可以满足从简单遮阳结构到功能复杂的大型建筑等许多不同的建筑功能要求,并形态极具表现力且对于有些功能要求只有它才是最为适合的。
7、 极具表现力的建筑形态:具有特定功能的建筑都可通过立意得以表达,张拉膜结构的独特外形体现了建筑自身的自然美感。
8、 抵御天气的影响:膜屋面的一个重要作用就是抵御各种天气变化(如日晒、雨淋、风雪等)对其内部空间的影响,保持建筑物内部的舒适性。选择膜面的形态和材料时要考虑到所有可能的天气状况,并尽可能利用建筑本身等被动方法来减少能量的消耗。
 为了抵挡风雪,膜面的外形应使排水通畅使捷,避免在其上形成水兜或雪的堆积。在施加预应力前的安装成形阶段,张拉膜结构对这些荷载十分敏感。为了能将雨水排除,膜材和接缝须密封防水,膜边缘也必须进行特殊的细部设计,以防止雨水进入室内。
 9、可移动性和临时性:与其它结构相比的另一个突出优势是轻型结构对环境的影响具有可调和性。另外它还有两个重要的特性,即可移动性和灵活性。
    结构可以在不同的地点反复拆建,这就是张拉膜结构的可移动。它将游牧式与定居式的建筑融为一体。膜材轻柔的特点使其方便运输,且易于迅速搭建,而闲置时占用空间很小。这种特性使膜结构十分适于用作临时性可移动建,特别是在发生突然灾难或遇到紧急情况而需要在短时间内为大量人员提供庇护所的时候。
  另一方面,可移动薄膜结构除具有与永久建筑相媲美的舒适性外,它还引入了建筑行业的一个新概念,即将房屋的所有权与土地的所有权相分离。建筑不再是不可移动的,而是可移动的。这种可移动性和可重 复使用的特点对加速现代城市的发展和建筑功能在某些特殊领域中的转变具有重要的意义。
10、 可展性和自适应性:可展结构可以看作是一种人造的自适应体系,同许多自然有机体一样,可根据需要改变自身的形式。它们的空间布置和对天气变化的反应具有灵活性和自适应性。通过控制自然光和内部温充可达到主动节能的目的。可展结构即可开敞也可闭合,它的灵活性使其可以改变空间的属性。精心设计的可展屋盖的优雅滑动体现了人与自然的和谐。它被称作是一种创造,轻型与可展性的充分结合形成了“免施工房屋”的概念,这种结构任何需要的时间或地点均可实现。
 
 
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