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膜結構工程的特性

責任編輯: 人氣:6631 發表時間:2018-04-04 字體大小:【


膜結構工程的特性:
膜結構工程作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由于此,用膜結構可以創造出傳統建筑體系無法實現的設計方案。
1、 輕質:膜材料張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建筑結構的小得多,但卻具有良好的穩定性。建筑師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件,將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。
2、 透光性:透光性是現代膜結構最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的亮度,這對于建筑節能十分重要。對于一些要求光照多且亮度高的商業建筑等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用,膜材透光性可為建筑設計提供更大的美學創作空間。夜晚,透光性將膜結構變成了光的雕塑。
膜材透光性是由它的基層纖維、涂層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間,有的膜材的光譜透射比可以達到40%,而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過涂層的顏色或是面層顏色來調節。
通過膜材和透光保溫材料的適當組合,可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個百分點,膜屋面對于肉眼來說依然是發亮和透光的,具有輕型屋面的觀感。
3、柔性:張拉膜結構不是剛性的,其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載,在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小,直至能更有效抵抗該荷載。
膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態承載。當然,結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要確何膜面與其輔助結構協調工作,以避免力在膜面或輔助結構上集中而達結構破壞的臨界值。
張拉結構的靈活性使其可以產生很大的位移而不發生永久性變形。膜材的彈性性能和預應力水平決定了膜結構的變形和反應。適應自然的柔性特點可以激發人們的建筑設計靈感。
不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韌性極佳,不會因折疊而產生脆裂或是破損,這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。
4、 雕塑感:張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通過張力達到自平衡。負高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地雕塑般的質感令人激動飄浮于天地之間。無論室內還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。
張拉膜結構可使建筑師設計出各種張力自平衡、復雜且生動的空間形式。在一天內隨著光線的變化,雕塑般的膜結構通過光與影而呈現出不同的形態。日出和日落時,低入射角度的光線將突現屋頂的曲率和浮雕效果,太陽位于遠地點時,膜結構的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,經過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。
5、 安全性:按照現有的各國規范和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩定性。
由于輕型結構自重較輕,即使發生意外坍塌,其危險性也較傳統建筑結構小。膜結構發生撕裂時,若結構布置能保證桅桿、梁柱等剛性支承構件不發生坍塌,其危險性會更小。
6、 功能:由于張拉膜結構的自身特性,其可以滿足從簡單遮陽結構到功能復雜的大型建筑等許多不同的建筑功能要求,并形態極具表現力且對于有些功能要求只有它才是最為適合的。
7、 極具表現力的建筑形態:具有特定功能的建筑都可通過立意得以表達,張拉膜結構的獨特外形體現了建筑自身的自然美感。
這些建筑形態本身和與其相協調的傳統建筑一起構成了令人興致盎然的地面標志性建筑。優秀的膜結構設計是結構與外形的有機融合,使其顯得了類拔萃,同時與自然環境、歷史及現代的城市景觀有機結合。
輕型結構可以看成是大型的雕塑作品,可為其周邊空間增添活力,成為周圍環境的補充和焦點。
8、 抵御天氣的影響:膜屋面的一個重要作用就是抵御各種天氣變化(如日曬、雨淋、風雪等)對其內部空間的影響,保持建筑物內部的舒適性。選擇膜面的形態和材料時要考慮到所有可能的天氣狀況,并盡可能利用建筑本身等被動方法來減少能量的消耗。
多孔膜材可用作遮蔽結構。它可以控制光的透射和反射,使室內擁有散射光,并且促進自然通風,使屋面溫度與周圍環境的溫度相同,并避免向下的熱輻射。
為了抵擋風雪,膜面的外形應使排水通暢使捷,避免在其上形成水兜或雪的堆積。在施加預應力前的安裝成形階段,張拉膜結構對這些荷載十分敏感。為了能將雨水排除,膜材和接縫須密封防水,膜邊緣也必須進行特殊的細部設計,以防止雨水進入室內。
9、 可移動性和臨時性:與其它結構相比的另一個突出優勢是輕型結構對環境的影響具有可調和性。另外它還有兩個重要的特性,即可移動性和靈活性。
結構可以在不同的地點反復拆建,這就是張拉膜結構的可移動。它將游牧式與定居式的建筑融為一體。膜材輕柔的特點使其方便運輸,且易于迅速搭建,而閑置時占用空間很小。這種特性使膜結構十分適于用作臨時性可移動建,特別是在發生突然災難或遇到緊急情況而需要在短時間內為大量人員提供庇護所的時候。
另一方面,可移動薄膜結構除具有與永久建筑相媲美的舒適性外,它還引入了建筑行業的一個新概念,即將房屋的所有權與土地的所有權相分離。建筑不再是不可移動的,而是可移動的。這種可移動性和可重復使用的特點對加速現代城市的發展和建筑功能在某些特殊領域中的轉變具有重要的意義。
10、 可展性和自適應性:可展結構可以看作是一種人造的自適應體系,同許多自然有機體一樣,可根據需要改變自身的形式。它們的空間布置和對天氣變化的反應具有靈活性和自適應性。通過控制自然光和內部溫充可達到主動節能的目的。可展結構即可開敞也可閉合,它的靈活性使其可以改變空間的屬性。精心設計的可展屋蓋的優雅滑動體現了人與自然的和諧。它被稱作是一種創造,輕型與可展性的充分結合形成了“免施工房屋”的概念,這種結構任何需要的時間或地點均可實現。

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