休閑娛樂膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要包括體形設(shè)計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設(shè)計確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量,確定各控制點的坐標、結(jié)構(gòu)形式,選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度,抗剪強度很差,因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來提高,對膜結(jié)構(gòu)而言,時候不存在無應(yīng)力狀態(tài),因此膜曲面形狀終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡,并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。
膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大,且隨著形狀的改變,荷載分布也在改變,因此要計算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個方向應(yīng)力增加而另一個方向應(yīng)力減少,這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零,即不出現(xiàn)皺褶。因為膜材料比較輕柔,自振頻率很低,在風(fēng)荷載作用下易產(chǎn)生風(fēng)振,導(dǎo)致膜材料破壞,如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高,膜材涂變加大,易老化且強度儲備少,對受力構(gòu)件強度要求也高,增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過荷載計算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面,如何通過二維材料的裁剪,張拉形成所需要的三維空間曲面,是整個膜結(jié)構(gòu)工程中關(guān)鍵的一個問題,這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。
特點
建筑造型優(yōu)美
膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀代表性與充滿前途的建筑形式。它打破了純直線建筑風(fēng)格的模式,以其獨有的優(yōu)美曲面造型,簡潔、明快、剛與柔、力與美的組合,呈現(xiàn)給人以耳目一新的感覺,同時給建筑設(shè)計師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。
具有良好的環(huán)保性、透光性、自清潔性,膜材表面采用PVDF(聚偏二氟乙烯)涂層、或二氧化鈦涂層,具有較好的隔熱效果,對太陽熱能可反射掉70%,膜材本身吸收了17%,傳熱13%,而透光率卻在20%以上,經(jīng)過10年的太陽光直接照射,其輝度仍能保留70%。
覆蓋大跨度空間
膜結(jié)構(gòu)中所使用的膜材料每平方壹公斤左右,由于自重輕,加上鋼索、鋼結(jié)構(gòu)高強度材料的采用,與受力體系簡潔合理——力大部分以軸力傳遞,故使膜結(jié)構(gòu)適合跨越大空間而形成開闊的無柱大跨度結(jié)構(gòu)體系。
防火性與抗震性
膜結(jié)構(gòu)建筑所采用的膜材具有的阻燃性和耐高溫性,故能很好的滿足防火要求。由于結(jié)構(gòu)自重輕,又為柔性結(jié)構(gòu)且有較大變形能力,故抗震性能好。
工期短:膜材裁剪。拼合成型及骨架的鋼結(jié)構(gòu)、鋼索均在工廠加工制作,現(xiàn)場只需組裝,施工簡便,故施工周期比傳統(tǒng)建筑短。