张拉膜结构体系概述

  张拉膜结构建筑造型独特优美,空间简洁宽阔,曲线优美怡人,既可作为临时性建筑,也可以用作永久性建筑被广泛使用。张拉膜结构不仅适用于景观、娱乐、体育、交通、商业设施等大跨度建筑 , 也可应用于一些高层民用别墅建筑。目前,世界上许多国家都在致力于膜结构的研究与开发,然而材料的改善和新技术的开发都是影响张拉膜结构发展的一些重要因素,但张拉膜结构本身具有一些特性,弥补了其中的许多不足。

1、张拉膜结构体系概述

  张拉膜结构是应用柔性钢索或刚性支承结构使薄膜材料产生一定的预张应力,形成具有一定刚度的结构形式来承受自重与外部荷载,能够覆盖大跨度空间。张拉膜结构是指通过拉索将膜材料张拉于结构上而形成的,张拉膜结构也可称为张拉式索膜结构,是由稳定的空间双曲张拉膜面、支承桅杆体系、支承索和边缘索等构成的结构体系在张拉膜结构中,面单元与支承单元共同构成了一个完整的结构受力体系。面单元必须充分张紧,这样才能发挥结构单元在整个结构受力体系中的功能。支承单元是完整的结构体系的一部分,但支承构件使用较少,因此结构体系显得极为简洁。张拉膜结构中,支承结构一般为脊、谷、边、斜拉索及撑杆等集成体,所以当面单元的破损或缺失将导致整个结构体系的崩溃。

2、张拉膜结构体系组成

张拉膜结构一般由薄膜材料、加劲索及支承结构组成:

一、张拉膜结构的膜材,薄膜材料要具备一定的强度和刚度以抵抗荷载而不致引起过大变形,作为围护材料要满足各项建筑功能要求。薄膜材料一般由两部分组成:纺织物和涂层。良好的膜材性能必须依靠纺织物和涂层的紧密结合。纺织物具有抗拉强度、抗撕裂强度高,耐热性、耐久性、防火性好等优点,涂层具有防污性、加工性、耐水性、透光性等性能 。

二、张拉膜结构的脊索和谷索,用于增强膜面及边索。另外谷索和脊索的灵活布置,可以多样的改变建筑造型以达到建筑设计和观赏性的要求。

三、张拉膜结构的支承结构,首先考虑钢结构,其次是混凝土结构,在某些特定的情况下,木结构或其他结构也可以使用。支承结构主要是为了将索膜体系的内力传递到基础上。张拉膜结构的支撑结构也可以采取不同的形式来表现以实现不同的建筑造型。

3、张拉膜结构建筑的发展

  张拉膜结构建筑的发展最早的张拉膜结构是由索膜结构先驱奥托于 1955 年设计建造的临时性搭建的空间覆盖设施,由棉布纤维制成的膜材建成,因此张拉膜结构诞生于二十世纪中叶。张拉膜结构可以追溯到原始时代,人类使用树枝、树叶和兽皮搭建帐篷用来躲避风雨。在张拉膜结构的发展初期,受到结构材料和技术条件的限制,如薄膜材料稳定性、强度、耐久性较差,使用跨度也比较小,远远不能达到大型建筑的要求,所以主要应用在临时的、小型的建筑上,难于发展。

  从 1970 年以来,特普龙材料这种新膜材的出现,使其稳定性和耐久性大大提高 , 加速了张拉膜结构体系的发展。此后随着薄膜材料、技术条件、施工工艺等方面的不断发展,张拉膜结构出现的一系列技术问题得到了改进,张拉膜结构建筑不断从临时的、小型的建筑向永久的、大跨度的建筑转变,因此在许多国家蓬勃发展起来,但在国内的发展较晚。不过随着我国的经济不断增长,张拉膜结构在国内的发展速度慢慢高于其他地区,在我国规模较大的膜结构建筑已有 130 多座,还有很多小型建筑。

  1997 年,在上海建造的八万人体育场 , 是一组合式膜结构体系用于召开第八届全国运动会,这是我国首次将膜结构应用到大型永久性建筑上。不过目前在材料、设计、施工方面 , 我国与国际先进水平相比还存在着较大的差距,在膜结构建筑设计方面的努力还得不断加油。

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深圳市金鑫空间膜结构建筑设计院是国内顶尖的膜结构建筑设计单位,是一家专注于膜结构建筑设计与研究的设计院。业务涉及张拉膜结构、骨架式膜结构、充气膜结构、钢结构;对PVC、PTFE、ETFE膜材有着丰富的设计经验。我们尤其擅长大跨度结构、异性空间结构、索结构、封闭式建筑以及开启结构的设计与研究,涉及的领域有景观膜结构、停车棚膜结构、体育设施膜结构、污水加盖池膜结构等。