金华立柱膜结构车棚安装工程
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就形状而言,对建筑师说来是至关重要的。采用一般结构的建筑物,其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同,它的变形比一般结构要大一些,其次它的形状是在施工过程中逐步形成的,有一个形状确定的问题,需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状,即结构体系在膜自重(有时还有索)与预应力作用下的平衡位置。在初步设计阶段,先按建筑要求设定大致的几何外形,然后对膜面施加预应力使之承受张力,其形状也相应改变,经过不断调整预应力,后就可得到理想的几何外形和应力分布状态。
形状是在施工过程中逐步形成的,有一个形状确定的问题,需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状,即结构体系在膜自重(有时还有索)与预应力作用下的平衡位置。在初步设计阶段,先按建筑要求设定大致的几何外形,然后对膜面施加预应力使之承受张力,其形状也相应改变,经过不断调整预应力,后就可得到理想的几何外形和应力分布状态。
膜结构设计打破了传统的先建筑、后结构做法,要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中,建筑师和结构工程师要坐在一起确定建筑物的形状,并进行必要的计算分析。这时,所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素,一个的设计也就是上述矛盾统一的结果。
过去人们习惯地把膜结构看作是个帐篷,而帐篷只能算是一个临时性建筑--不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了,其中的关键问题就是材料。当初大坂博览会上的美国馆,由于是临时性的展览建筑,采用的膜材是涂覆聚氯乙烯(PVC)的玻璃纤维织物,算不上,但在强度上也经受了两次速度高达每小时140km以上台风的考验。
长向钢索被用来对膜面施加张力,同时与骨架在屋面形成V形槽沟,以便于雪滑落。紧贴屋面的钢管拱被用作输送暖风的通道,既起到融雪的作用,也解决了膜面的结露问题。膜材为单层玻璃纤维织物,透光率可达10%,在场中仰望屋顶,给人以通透明亮的感觉。在寒冷地区建造大跨度膜结构,秋田天空穹顶是一个成功的范例。
膜材屋面以什么支承,始终是膜结构设计中有待于探索的问题。也许当初是从气球或橡皮艇受到的启发,人们考虑以空气为支承,就是向气密性好的膜材所覆盖的空间注入空气,利用内外空气的压力差使膜材受拉,结构就具有一定的刚度来承重。早在第二次世界大战后期,美国就曾用气承式膜结构建造了一些小直径的雷达罩棚用于军事目的,而大坂博览会的美国馆则是大跨度气承式膜结构的里程碑。