张拉膜结构的基本组成单元通常有:膜材、索与支承结构(桅杆、拱或其他刚性构件)。 膜材 一种新兴的建筑材料,已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。 膜材本身受压不大,抗弯也不是很好,所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。 此外,要保证膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力; 而膜结构是通过改变形状来分散荷载,从而获得最小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时,可产生两种回复力: 一个是由几何变形引起的;另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,所以要使每一个膜片具有良好的刚度,就应尽量形成负高斯曲面,即沿对角方向分别形成“高点”和“低点”。“高点”通常是由桅杆来提供的,也许是由于这个原因,有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构(suspension membrane)。 索作为膜材的弹性边界,将膜材划分为一系列膜片,从而减小了膜材的自由支承长度,使薄膜表面更易形成较大的曲率。有文献指出,膜材的自由支承长度不宜超过15米,且单片膜的覆盖面积不宜大于500平米。此外,索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑,从而保证不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。
(1)耐久性差。一般的膜材使用寿命为15~25年,与传统的混凝土及钢材相比有较大的差距,与“百年大计”的设计理念不同。(2)隔热性差。如果强调透光性,只能用单层膜,隔热性就差,因而冬天冷、夏天热,需要空调。(3)隔音效果较差。单层膜结构只能用于隔音要求不高的建筑。(4)抵抗局部荷载能力差。屋面会在局部荷载作用下形成局部凹陷,造成雨水或雪的淤积,使屋盖在淤积处的荷载增加,可能导致屋盖撕裂(帐蓬结构)或翻转(充气结构)。(5)充气结构还需要不停地送风,因此维护和管理特别重要。另外。气承式充气结构必须是密闭的空间,不宜开窗。(6)环保问题。使用的膜材都是的,一旦达到使用年限,拆除的膜材便成为城市垃圾而无法处置,正在研制开发膜材的可回收利用,并已取得了一定的进展。 [2] 在薄膜结构中,薄膜既是结构材料,又是建筑材料。作为结构材料,薄膜必须具有足够的强度,以承受由于自重、内压或预应力、风、雪等作用产生的拉力;作为建筑材料,它又必须具有防水、隔热、透光或阻光等建筑功能。膜材料作为膜结构的灵魂,它的发展与膜结构的技术密切相关、互相促进的。
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