张拉索膜结构体系及其施工技术 - 结构理论.doc

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1、张拉索膜结构体系及其施工技术-结构理论张拉索膜结构体系及其施工技术-结构理论张拉索膜结构体系及其施工技术-结构理论张拉索膜结构体系及其施工技术-结构理论张拉索膜结构体系及其施工技术-结构理论张拉索膜结构体系及其施工技术-结构理论张拉索膜结构体系及其施工技术膜结构是指积极地利用膜状材料，并在结构及建筑设计上充分体现膜结构特点的结构形式。上世纪50-60年代，随着化学工业的飞建发展，加工复合材料工艺的进步，使作为屋顶使用的膜材的综合性能得以改善和提高，为这一新兴建筑形式的流行打下了良好的物质基础。同时，随着社会发展和生活水平提高，人们希望突破传统建筑结构

2、形式和风格的局限，膜结构以其新颖独特的建筑造型顺应了人们的这一愿望。　　现代膜结构工程是集建筑学、结构力学、化工学、材料学及计算机学为一体的高科技工程”。由于它独特的性能和强烈的视觉冲击效果，很快被人们所接受，并出现了不可阻挡的发展态势。膜结构建筑适用范围很广，可用于体育建筑、展览建筑、娱乐建筑、演出建筑、机场建筑及各类海滨娱乐休闲建筑及设施。　　1膜结构分类　　从结构形式上膜结构建筑可简单地概括为充气式、骨架式和张拉式三大类口。　　1．1充气式膜结构(AirSupportedMembraneStructure)　　充气式膜结构是依靠膜曲面内外气压差

3、来维持膜曲面的形状。这种索膜建筑历史较长，但因在使用功能上明显的局限性(如形象单一、空间要求气闭等)，使其应用面较窄；但充气式索膜体系造价较低，施工速度快，在特定的条件下又有明显优势。1970年日本大阪万国博览会的美国馆，采用的就是这种结构，它标志着膜结构的开始。　　1．2骨架式膜结构(FrameworkMembraneStructure)　　骨架式索膜建筑常在某些特定的建筑中被采用，是由于其结构形式本身的局限性(骨架体系自平衡，膜体仅为辅助物，使膜体强度高的特点发挥不足等)；而骨架形式与张拉形式的结合运用，常可取得更富于变化的建筑效果。骨架式索膜体

4、系建筑表现含蓄，结构性能有一定的局限性，造价低于张拉式体系。1996年亚特兰大奥运会主体育馆(佐治亚穹顶)为这类结构的典型工程。　　1．3张拉式索膜结构(TensionedCable-MembraneStructure)　　张拉式索膜建筑可谓索膜建筑的精华和代表。张拉索膜结构中膜曲面通过预应力维持自身形状，膜既是建筑物的圈护体又作为结构来抵抗外部荷载效应。由于其建筑形象的可塑性和结构形式的高度灵活性和适应性，该结构形式的应用极其广泛。张拉式索膜结构又可分为索网式、脊谷式等。这种体系富于表现力，结构性能强，但造价稍高，施工精度要求也高。这类工程最典型的

5、是美国丹佛机场候机大楼。　　2张拉索膜结构体系　　张拉式索膜结构体系由膜体(膜材)、张拉索(边索、谷索、脊索和拉地索)、支承结构、锚固体系及各部分之间的连接节点等组成。　　2.1膜材　　膜材是由高强度的织物基材加上聚合物涂层构成的复合材料。膜材根据基材和表面涂层的不同，一般分为三大类：A种膜材(玻璃纤维基材、PTFE涂层)、B种膜材(玻璃纤维基材、硅酮涂层)、C种膜材(聚酯长丝基材、PVC涂层)。其中A种膜材多用于美洲和日本，C种膜材在欧洲较为常见，而B种膜材由于其自身性能等原因很少采用。　　2.2索　　常见膜结构中所用的索有钢丝等。根据索所处的位置

6、和功能的不同可将索分为边索、谷索、脊索和拉地索。　　2.3支承结构　　膜结构都是支承在一定的结构体系上。根据支承条件不同可将索膜结构支承体系分为三大类：刚性支承体系、柔性支承体系和混合支承体系。由于膜结构靠结构内的预应力来形成建筑的造型，故对支承结构的安装精度要求较高。在膜结构吊装前，须根据规范和设计要求对支承结构进行复测，并做复测纪录。　　2.4锚固体系　　属于自平衡体系的索膜结构，其索和膜的预应力是由边界结构构件来承受的，而非自平衡结构是通过抗拉锚固体系传递抵抗索拉应力效应的。抗拉锚固体系可分为以下几类：重力锚固体系、抗拔桩锚固体系、阻力锚固体系

7、(板式、蘑菇式、挡土墙式)、摩擦锚固体系和岩石锚固体系等。　　2．5节点　　膜结构的连接包括膜节点、膜边界、膜角点、膜脊和膜谷。膜节点是指膜裁剪片之间的连接，膜边界是指膜材与支承结构之间的连接，膜角点是指膜边界交汇的点，膜脊和膜谷是指支承结构最高和最低处膜的连接。节点设计是膜结构设计不可缺少的一部分，设计节点时不仅要考虑节点的功能要求，还应该满足美观的需要，且作为屋面节点还应该有良好的防水性能。　　　　3张拉膜结构施工技术　　3．1膜材裁剪、包装及运输　　索膜结构体形通常都较为复杂，各种角度变化较多，且加工精度要求非常高。在制作过程中要加强质量管理，

8、保证制作精度。在膜结构制作前，需要对工程所用膜材及配件按设计和规范要求进行材质和力学性能检验，如膜材的双向拉