建筑构造论文
- 格式:doc
- 大小:2.44 MB
- 文档页数:4
膜结构特性及典型膜结构建筑
姓名学号
合肥工业大学土木工程安徽合肥 230009
【摘要】:膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预
张应力以形成某种空间形状。
因其简洁、优美的曲面造型和卓越的光学、力学、保温、耐火、
防水、自洁等性能被誉为二十一世纪的建筑。
【关键词】:膜结构;建筑;特性
1膜结构概述
1.1膜结构定义
膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状。
1.2膜结构材料
膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料;涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。
常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯(PVC)和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯(Teflon)。
1.3膜结构特性
膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。
恰由于此,用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。
●轻质:张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。
从而使
其自重比传统建筑结构的小得多,但却具有良好的稳定性。
建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件,将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。
●透光性:透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。
膜材的透光性可以为建筑提供所需
的照度,这对于建筑节能十分重要。
对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。
通过自然采光与人工采光的综合利用,膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。
夜晚,透光性将膜结构变成了光的雕塑。
●柔性:张拉膜结构不是刚性的,其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。
膜结构通过变形
来适应外荷载,在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小,直至能更有效抵抗该荷载。
●雕塑感:张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。
膜面通过张力达到自平衡。
负
高斯膜面高低起伏具有的平衡感使体型较大的结构看上去像摆脱了重力的束缚般轻盈地飘浮于天地之间。
无论室内还是室外这种雕塑般的质感都令人激动。
●安全性:按照现有的各国规范和指南设计的的轻型张拉膜结构具有足够的安全性。
轻型结构
在地震等水平荷载作用下能保持很好的稳定性。
2膜结构建筑
北京奥运会场馆“鸟巢”(图1)
和“水立方”(图2)膜结构采用
ETFE 膜材,是目前国内最大的
ETFE 膜材结构建筑,膜材采用进
口产品。
它们都属于充气式膜结
构,因利用气压来支撑,及钢索作
为辅助材,无需任何梁、柱支撑,
可得更大的空间。
“鸟巢”采用双层
膜结构,外层用ETFE 防雨雪防紫
外线,内层用PTFE 达到保温、防
结露、隔音和光效的目的。
“水立
方”采用双层ETFE 充气膜结构,共
1437块气枕,每一块都好像一个“水
泡泡”, 气枕可以通过控制充气量
的多少,对遮光度和透光性进行调
节,有效地利用自然光,节省能源,
并且具有良好的保温隔热、消除回
声,为运动员和观众提供温馨,安
逸的环境。
“水立方”占地7.8公
顷,却没有使用一根钢筋,一块混
凝土。
其墙身和顶棚都是用细钢管
链接而成的,有1.2万个节点。
只
有2.4毫米厚的膜结构气枕像皮肤
一样包住了整个建筑,气枕最大的
一个约9平方米,最小的一个不足
1平方米。
跟玻璃相比,它可以透
进更多的阳光和空气,从而让泳池保持恒温,并且节能30%。
膜结构集点的灵巧,线的轻盈浪漫,面的科学和谐,其极具现代感却又揉合某些传统的建筑因素。
膜结构飘逸典雅,刚柔相济,自问世以来一直广受设计师青睐。
随着科技工业的快速发展 展览业也得到空前的繁荣。
而世博会则是展示一个国家科技工业发展的最佳舞台膜结构突出地表现在历年各国举行的博览会上。
可以说,是世博会催生了膜结构而膜结构让世博会更出彩。
膜结构工程是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学和计算机科学等于一体的高科技工程。
近年来,我国的膜结构的发展规模是鼓舞人心的今年在上海举行的世界博览会更把膜结构运用到极至,造型各异的膜结构建筑精品给世博会增添了亮丽的风景。
图1 北京奥运会主体育场“鸟巢”
图2 国家游泳馆“水立方”
世博轴(图3、图4)是世博园区空间景
观和人流交通的主轴线,也是园区内最大的
单体项目。
世博轴工程采用了全新的建筑形
式,一个巨型圆锥状“阳光谷”分布在世博
轴的入口及中部,其独特形态能够将阳光自
然引入地下,既有利于空气质量的提高,又
能降低人工照明带来的能源消耗。
因为要形
成不规则的曲面体,三角形是最好的能整合
成光滑平面的形状,使得“阳光谷”的整体
造型更加完美。
连接“阳光谷”的索膜结构
由69块巨大的白色膜材拼装组成。
每个圆
锥形的“阳光谷”大小不一,膜材的尺寸不
同,面积达1780m 2的一块巨型A 级膜布错落
地吊装在世博轴的顶部,呈不规则型。
由于
它涉及到上万个连接点,施工工艺精度极高,
在世界同类钢结构施工中是一项突破。
该工
程攻克了在大型独特网壳结构阳光谷建造特
大面积索膜结构的世界级难题。
在10m 的平
台上,人们可以选择能遮阳避雨的“伞”下,
也可以尽情地亲近大自然的阳光雨露,大空
间也因为不规则的穹顶而变得不再具有压迫
感。
整个建筑体的整体感和纯净感被充分表
达出来。
注重光色整体层面上的渐变 明暗与
动感,以产生生动,感人的艺术灯光景观。
阳光谷膜结构内侧顶面的太阳能星光灯和外侧智能星光灯与张拉膜膜结构一起变幻出一道亮丽的风景线。
主色调以暖色为主,向同色系的其他颜色变换和过渡,并在色彩的明度上产生明显变化色彩和动感不仅保证了整个膜结构阳光谷立面的完整性。
而且与张拉膜的变化相协调,其艺术灯光景观系统也成功调试到位,“阳光谷”既是世博轴上的标志,又具有绿色环保和节约能源的功能。
天然光可通过“阳光谷”倾泻入地,满足世博轴地下空间的采光要求。
翡翠湖校区的东风广场(图5)是一种
典型的张拉型膜结构。
它以膜材、钢索及支
柱构成,利用钢索与支柱在膜材中导入张力
以达安定,实践具有创意、创新且美观的造
型。
张拉型膜结构也是最能展现膜结构精神
的构造形式。
近年来,大型跨距空间也多采
用以钢索与压缩材料构成钢索网来支撑上
部膜材的形式。
其施工精度要求高,结构性
能强,且具丰富的表现力。
3膜结构的发展方向 膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式,它以性能优良的织物为材料,或是向膜内充气,由空气压力支撑膜面,
或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧,
从而形成具有一定刚度、
图3 世博轴
图4
世博轴俯瞰 图5 东风广场
能够覆盖大跨度空间的结构体系。
自从1970年代以来,膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。
膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。
成为化纤纺织品应用的一个重要领域。
近年来在中国建筑结构中也有长足的进展,建成了一大批膜结构建筑。
但是,膜材料仍然是膜结构发展的一个瓶颈。
膜结构只有在材料问题得到解决之后才得以大量推广应用,因此关键问题是要提供满足功能要求、耐久性好与经济的膜材。
这需要中国建筑人和材料人共同努力共创膜结构发展的美好未来。
参考文献
[1]/view/172159.html
[2]谢浩,高鹏—世博会上的膜结构建筑[J].21世纪建筑材料,第2卷第2期.。