膜構(gòu)知識庫
一種有趣的結(jié)構(gòu)形式——張拉整體索膜結(jié)構(gòu)
張拉整體體系--索膜結(jié)構(gòu)是近年來在國外迅速發(fā)展起來的一種新型的大跨度空間預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)由索、壓桿組成，在全張拉的索網(wǎng)中內(nèi)嵌懸浮的壓桿，并用特制的節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)件，結(jié)構(gòu)的表面覆蓋以特殊的材料-膜材，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)外觀十分美觀。這種結(jié)構(gòu)的一大特點(diǎn)是可以達(dá)到超大的跨度，且自重極輕。隨著結(jié)構(gòu)跨度的增大其單位面積自重的增加并不大，這也是整體張拉索膜結(jié)構(gòu)的有趣所在之一。
力學(xué)特性
此類結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性與其他類型的空間結(jié)構(gòu)有所不同，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)是由索和桿組成的自支撐體系，結(jié)構(gòu)中受拉的索是賴以形成自支撐的單元；（2）結(jié)構(gòu)是由預(yù)應(yīng)力提供剛度的，預(yù)應(yīng)力越大剛度也越大；（3）結(jié)構(gòu)本身應(yīng)力自平衡，這樣預(yù)應(yīng)力才能為結(jié)構(gòu)提供剛度；（4）與其它空間結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)的幾何形狀對其力學(xué)性能的影響較大；（5）在加載過程中，結(jié)構(gòu)逐步調(diào)節(jié)并重新分布結(jié)構(gòu)的剛度，如果單元結(jié)構(gòu)中的某一根索發(fā)生松弛，結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)承受荷載。
索穹頂結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一種特殊的索膜結(jié)構(gòu)，是一種結(jié)構(gòu)效率極高的張力集成體系。其外形類似于穹頂，而主要的構(gòu)件是鋼索，由始終處于張力狀態(tài)的索段構(gòu)成穹頂，利用膜材作為屋面，因此被命名為索穹頂。
實(shí)例分析：
一、佐治亞穹頂
20世紀(jì)50年代，美國建筑大師富勒受自然現(xiàn)象啟發(fā)，構(gòu)筑了富勒球結(jié)構(gòu)，他將這種結(jié)構(gòu)解釋為“壓的孤島存在于拉的海洋之中”，即由不連續(xù)的系列壓桿與連續(xù)的系列拉索構(gòu)成整體空間球結(jié)構(gòu)。美國著名結(jié)構(gòu)專家蓋格認(rèn)為富勒球?qū)儆趶埩Y(jié)構(gòu)體系，體系中的拉索若無松弛則為失穩(wěn)之慮，蓋格依此提出了索膜穹頂空間結(jié)構(gòu)體系。索膜穹頂結(jié)構(gòu)一經(jīng)出現(xiàn)，立即為國際空間結(jié)構(gòu)工程所矚目。
佐治亞穹頂展示了索膜穹頂?shù)臉?gòu)成，周邊為橢圓形的受壓剛性環(huán)梁，嵌固于環(huán)梁上的是環(huán)向遞近的索網(wǎng)(上、下拉索與下環(huán)索)和豎向壓桿(飛桿)組成的三角形空間網(wǎng)格張力體系，膜面嵌固在穹頂上部的棱形索網(wǎng)格上，索膜穹頂經(jīng)施加預(yù)應(yīng)力后成型，成型后的棱形膜面沿長向的坡度應(yīng)能順暢地排水。
二、漢城奧林匹克運(yùn)動(dòng)場
世界上第一個(gè)穹頂結(jié)構(gòu)建筑師1988年漢城奧運(yùn)會體育館，該館是個(gè)多功能體育館，能容納15000個(gè)觀眾。其屋蓋結(jié)構(gòu)是一個(gè)較為典型的Geiger體系索穹頂結(jié)構(gòu)，形狀為圓形，由16榀輻射狀索桁架構(gòu)構(gòu)成，直徑為129米，屋面膜材覆蓋面積為11310平方米。
三、天津理工大學(xué)體育館
天津理工大學(xué)體育館是第十三屆全國運(yùn)動(dòng)會的競賽場館之一，體育館為地上3層，下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架，屋蓋采用索穹頂結(jié)構(gòu)。屋蓋平面為橢圓形，長軸長102m，短軸長82m。屋蓋周圈支承于柱頂?shù)幕炷镰h(huán)梁，周圈柱頂不等高，使環(huán)梁呈馬鞍形，短軸高長軸低，高差為5.59m。屋面最高點(diǎn)標(biāo)高30.95m。根據(jù)建筑外形環(huán)梁為內(nèi)高外低，寬度隨建筑外形變化，短軸兩端最寬處為6.84m，長軸兩端最窄為4.96m。
為了便于設(shè)定初始預(yù)應(yīng)力，同時(shí)能夠適應(yīng)橢圓馬鞍形的邊間，本工程采用了最外圈為Levy式，內(nèi)圈為Geiger的結(jié)構(gòu)體系，即最外圈撐桿節(jié)上下點(diǎn)與環(huán)梁間連接兩根脊索和兩根斜索，內(nèi)圈撐桿上下節(jié)點(diǎn)間只連接一根脊索和一根斜索。
體育館屋面采用膜材和金屬屋面板兩種材料，屋蓋中部葉片狀部分采用膜結(jié)構(gòu)屋面，其余部分采用金屬屋面。膜材屋面部分整體突出于屋面，其與金屬屋面間設(shè)置豎直的天窗。為了鋪設(shè)金屬屋面，在拉索節(jié)點(diǎn)間設(shè)置了主次檁體系；在屋面中部設(shè)置了天窗柱和屋面梁組成的屋面體系，實(shí)現(xiàn)了建筑功能的要求。