膜结构的形与力设计

   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。
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 。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。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。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常用的曲面形式。为什么膜结构必须是互反曲面呢。设想一空间点 A ,要维持该点的平衡,对于杆系结构至少需要三根杆件。对于索结构, 由于索不能受压, 所以至少需要连接 4 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。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。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。

深圳市金鑫空间膜结构建筑设计院是国内专业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、异型空间结构、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。