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1、 空间结构空间结构课程设计课程设计 “花瓣形”“花瓣形”张拉膜结构分析张拉膜结构分析 By imbz 2010 年年 04 月月 16 日日个人主页：个人主页：http:/ E-mail: by：imbz 目目 录录 1. 膜结构概述 . 1 1.1 膜结构的定义 . 1 1.2 膜结构的类型 . 1 1.3 膜结构的发展历程 . 2 1.4 膜结构的特点 . 4 2. “花瓣形”张拉膜结构分析（3D3S） . 5 2.1 膜结构相关数据 . 5 2.2 建模计算过程 . 5 3. 膜结构体系设计的理论简介 . 10 3.1 初始形状确定方法 . 10 3.2 膜面的剪裁算法 . 11 4.
2、 膜结构部分图纸 . 11 4.1 工程概况 . 11 4.2 膜剪裁结果 . 11 5. 结语 . 13 参考文献 . 13 个人主页：个人主页：http:/ E-mail: by：imbz 特别鸣谢：特别鸣谢：中华钢结构论坛：中华钢结构论坛：http:/www.okok.org 第第 1 页页 “花瓣形”“花瓣形”张拉膜结构分析张拉膜结构分析 1.1.膜结构膜结构概述概述 1.1 膜结构的定义膜结构的定义 膜结构技术规程(CECS 158:2004)定义： “膜结构(membrane structure)是由膜材及其支承构件组成的建筑物或构筑物。 ” 全国民用建筑工程设计技术措施-结构(
3、结构体系) (2009 版)定义： “膜结构是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骨架将膜面绷紧，从而形成具有一定刚度并能覆盖跨度不超过 300m 的结构体系。其自重轻、造型丰富、透光性好、具有自洁性。 ” 1.2 膜结构的膜结构的类型类型 膜结构根据建筑造型需要，按其支承方式不同，分为整体张拉式膜结构、骨架支承式膜结构、索系支承式膜结构和空气支承式膜结构，以及以上形式的组合成的结构。 (1) 整体张拉式膜结构一般采用独立的桅杆或拱作为支承结构将钢索与膜材悬挂起来，然后利用钢索向膜面施加张力将其张紧，形成具有一定刚度的屋盖结构（图图 1） 。 图图
4、 1 整体张拉式膜结构整体张拉式膜结构 (2) 骨架支承式膜结构是以钢骨架作为承重骨架，然后在骨架上敷设膜材并张紧，骨架可按建筑要求选用拱、网壳等类型的结构（图图 2） 。 图图 2 骨架支承式膜结构骨架支承式膜结构 个人主页：个人主页：http:/ E-mail: by：imbz 特别鸣谢：特别鸣谢：中华钢结构论坛：中华钢结构论坛：http:/www.okok.org 第第 2 页页 (3) 索系支承式膜结构，是由钢索、膜材及少量的受压杆件组成，主要用于圆形或椭圆形多边形平面的大跨建筑（目前最大跨度已达 200m 以上） （图图 3） 。 图图 3 索系支承式膜结构索系支承式膜结构 (4)
5、 空气支承式膜结构，又称充气结构，是指向气密性好的膜材所覆盖的空间输送空气，利用内外空气的压力差，使膜材处于受拉状态，结构就具有一定刚度来承受荷载。充气支承式膜结构又分气承式和气胀式两种； 两者的区别在于， 前者是向膜所覆盖的建筑空间充气 （图图4a） ，后者是向膜所形成的封闭体充气（图图 4b） 。气承式可用于跨度较大的建筑，气胀式主要用于跨度较小的临时性建筑。 a.气承式膜结构气承式膜结构 b.气胀式膜结构气胀式膜结构 图图 4 空气支承式膜结构空气支承式膜结构 1.3 膜结构的膜结构的发展发展历程历程 膜结构这种结构体系最早可追溯到古代游牧民族的帐篷，模仿风帆的古罗马斗售场看台挑蓬；这些
6、都可以看作是当今世界上流行的薄膜结构的原型。现代意义上的膜结构起源于 20世纪初。1917 年英国人 W.Lanchester 提出了用鼓风机吹胀膜布用作野战医院的设想，并申请了专利。但当时这个发明只是一种构想。直到 1946 年，该专利的第一个产品才正式问世，个人主页：个人主页：http:/ E-mail: by：imbz 特别鸣谢：特别鸣谢：中华钢结构论坛：中华钢结构论坛：http:/www.okok.org 第第 3 页页 这就是 Watler Bird 为美国军方设计制作了的一个直径为 15m 的球星充气雷达罩。1957 年他有将自家的游泳池罩在一个充气膜结构中，并在美国的生活杂志上
7、作了介绍，从此这种结构形式开始被世人知晓。他的 Birdair 公司在 20 世纪 60 年代已经能用当时的膜材建造跨度在60m 以上的充气膜结构。 20 世纪 50 年代，德国建筑师 Otto 创立了预应力膜结构理论，并在帐篷制造公司的支持下完成一系列张拉膜结构；其代表作有 1967 年的加拿大 Montreal 博览会的德国馆，1972 年Otto 与 Behnish 合作完成的 Munich 奥林匹克中心； 这两项设计想人们展示了柔性张拉结构及其丰富的艺术表现力，也使得 Otto 称为膜结构技术的先驱者。 膜结构的第一次集中展示并引起社会广泛关注与兴趣的是在 1970 年日本大阪万国博览
8、会上。由于日本是个多地震国家，且博览会会址的地质条件较差，各国建筑师与工程师纷纷选择了膜结构这种自重轻、抗震性能好、施工速度快且形态各异的结构形式作为临时展馆，如建筑师 Davis、Brody 与工程师 David Gerger 设计的美国馆。 膜结构的发展离不开新型膜材的不断出现。20 世纪 70 年代初，由 David Gerger 等人组成的研究小组在美国 Ford 基金会的支持下研制开发了强度更高、 耐久性更好的以玻璃纤维为基材涂敷据四氯乙烯（PTFE，商品名 Teflon）的膜材，使膜结构作为永久建筑称为可能。 1973 年建筑师 John Shaver 为美国加利福尼亚州 Santa Clara La Verne 学院设计的单桅杆中新支撑体系的 La Verne 学生活动中心是第一个采用 PTFE 膜材的薄膜结构。这个后来被称为“超级帐篷”的活动中心深受学生们的喜爱，并成为当地标志性建筑。 当 David Gerger 致力于充气膜结构时，其长期（19681983）合作者 Horst Berger 则偏爱于张拉膜结构的设计。继 1976 年美国费城 200 周年庆典工程成功后，Horst Berger 几乎参与了当今所有
