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1、 二级专业结构辅导：索膜结构及其施工技术1索膜构造的组成及材料特性11索膜构造的组成一个完整的索膜构造一般由三局部组成：1）形成曲面构造的张拉膜材；2）用于加强膜面的脊索和谷索，以及将膜内力传向支承构造的边索；3）求索膜体系的支架构造。张拉膜材即作为构造材料，要能够反抗肯定的荷载而不致引起过大变形。同时为完成作为掩盖材料所规定的建筑功能，例如美观、遮光、防火、耐久等等，还需满意各种性能要求。所以，选用适宜的膜材对于索膜构造的设计建筑特别重要。加强索除其对于膜面受力方面的加强作用外，更重要的是起到了转变建筑造型的作用。尤其是谷索和脊索的敏捷设置会给整个建筑带来奇异的视觉效果。支架构造最常采纳的是
2、钢构造，也可采纳混凝土构造，甚至在某些状况下可以采纳木构造或其他构造。支架构造除满意将索膜体系的内力传递到根底这一构造要求以外，其形式可以实行变化多样的形式，以实现不同的建筑造型效果。例如采纳独立柱或柱与拉索的组合可以供应一个独立支点，这里的柱可以是钢管柱、桁架柱或混凝土柱，而直梁、桁架拱或环梁可以供应一系列连续支点。通过索膜构造三局部的不同组合、变化，可以形成形式多样、不拘一格、令人耳目一新的索膜构造。对索膜构造来说，由于这种构造自重轻，荷载低、用材经济，构造上的要求一般是简单满意的，而形式上的不断创新是索膜构造这一构造体系的灵魂，这也正是它越来越为的人所重视的缘由所在。12索膜构造的材料和
3、性能索是受拉单元的统称。索的核心分为有机纤维和金属两类。一般工程用索为全钢索，典型的有：高强钢棒、索心索、股钢核心索等工程构造用索的柔性要求不高，所以钢索一般采纳较粗的线材制造。钢索的弹性模量一般在147KN/mm2170KN/mm2，线膨胀系数一般在39106mm/mm*。构造用索的另一个重要参数是索的密实系数。密实系数是指索中线股总面积和索直径所对应圆面积的比值。密实系数越大，索的抗拉极限荷载越大。试验说明，张紧索在工作应力055e（e为比例极限）的范围内可认为具有恒定的弹性模量，即索是线弹性体。另外，动力荷载引起的振动效应相对于静荷载而言对索的工作性能更不利，由于振动会使索产生反复加卸载
4、从而引起松弛。从这个观点动身，应尽量使工程构造中的索具有较高的工作应力。设计中综合考虑索的疲惫、松弛等效应，一般取安全系数为5在这个范围内，依据试验结果，索被认为是线弹性体，并且具有不低于200万次的疲惫寿命。膜构造采纳的薄膜材料，大多采纳涂层织物薄膜，分为两局部，内部为基材织物，主要打算膜材的力学性质，供应材料的抗拉强度、抗撕裂强度等。外层为涂层，主要解决膜材的物理性质，供应材料的耐火性及防水、自治性等，常用的膜材一般为聚酯织物涂敷聚氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树脂涂层膜材等。膜材的抗拉强度、粘结强度与抗撕裂强度之间有很大的相关性。基布编织严密的膜材有很高的抗拉强度
5、，但抗撕裂强度相应较低，这是由于其很高的弹性模量及基布与涂层间的粘结强度较大的原因。高的弹性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘结作用又阻挡了基布和涂层间的滑移，进一步限制了膜材的拉伸延展，这种特性使高抗拉强度膜材实际可用的抗拉强度大大降低，由于在实际工程中，膜材的破坏主要是抗撕裂强度缺乏引起的撕裂破坏。膜材的疲惫强度比抗拉强度小得多，接缝的强度通常比材料强度小，且由于紫外线的照耀会老化、变质，因此需对膜材在外部气候条件下进展性能试验，进展长期观测。从经济的角度看，膜材的耐久性还是令人满足的。微小的损伤可以修补，除稍加清洗改善透光度外，不需其他的养护和修理。2索膜构造特点和施工技术21索膜构造的特
6、点索膜材料均不具有抗弯力量，其上全部的点在分析模型中只具有三个自由度。这一特点实际可将索膜体系简化为长度任意转变的空间链杆体系，或将膜简化为可自由拉伸和转动的三节点或节点有限元组成的空间网格。要使索、膜材料具有反抗外荷载的力量，必需预先对其施加张拉力，以增加刚度、减小变形。由于索膜构造内的张拉力呈较为简单的空间分布，因此所施加张拉力的大小一般需要通过计算机找形来确定。施加预张力后的索膜体系在承受外荷载之前的初始外形需要通过找形这一步骤确定。在对索膜体系进展设计分析时，首先要给定构造的边界条件。而构造顶张拉后在空间上确实定几何外形还无法预知。如何确定在给定边界条件下索膜构造的空间几何外形及与之相
7、应的预张力分布就是找形所要解决的问题。索膜材料只可受拉，不能受压，受压或拉力为零实际上将导致膜材消失故相，而索将屈曲变形，同时失去承载力量；风荷对作用于索膜构造所引起的水平力和上拔力对支架构造及其根底的设计有很大影响。为反抗水平力和上拔力，斜拉稳定索成为支架构造中的常用构件。根底采纳抗拔锚锭。假如采纳独立柱的形式，则将成为受弯构件，其根底若仍采纳独立根底，则可能存在很大的偏心距，设计时必需进展特别处理，在大型构造中经常采纳闭合水平构件如环梁或环索的形式来担当水平力。22索膜构造的剪裁和连接技术膜材像服装一样需裁剪，再缝合、胶接或焊接。在欧洲市场上制成的商业半成品薄膜或涂层薄膜材料的门幅宽度通常
8、是150cm，也有120cm，140cm，160cm或200cm的膜材。目前对标准形体的膜构造的裁剪式样，可以用程序掌握标绘器来完成，用计算机操纵自动样片切割机进展裁剪，节约了制图步骤。但是，对于多种多样的膜构造，要依据详细的几何外形确定与之相适应的裁剪式样，尽可能地简洁、经济。有时几何外形不同的单片膜材接合在一起，消失多向薄膜拉力，很简单消失皱折，这时需制作尺寸准确的模型来估量薄膜拉力并确定裁剪方案。依据所采纳的连接方式，膜材两边需重叠2cm4cm裁剪方式的选择应遵循以下规章：1）单片外形规章、面积大的裁剪式样比小而不规章的裁剪式样好，接缝清楚、美观；2）接缝长度要尽量短，以削减铺张；3）对
9、于无法避开的重叠接缝，应尽量使最少的接续集中于一个地方；4）由于接缝处的强度比膜材强度低，所以沿主应力方向的接缝比同其垂直方向的接缝要经济；5）沿薄膜外表最陡方向的接缝使雨、雪易于滑落，保持外表的枯燥，防止消失由于大的雪载引起陷落。膜构造的连接包括膜节点、膜边界、膜角点、膜脊和膜谷。膜节点指膜裁剪片之间的连接，膜边界是指膜材与支承构造之间的连接、膜角点是指膜边界交汇的点，膜脊、膜谷是指支承构造和最低处膜的连接。3结语索膜构造是一种柔性构造，其材料性能、强度性能不同于一般的传统建筑材料，由这种材料组成的构造体系要具有反抗外荷载的构造刚度，必需施加恰当的裁剪和连接技术。但随着相关技术的进展，人们越来越熟悉到利用索膜构造来建筑一般建筑物具有其他类型构造无法表现的、独特的性能，这种性能优良的轻质建筑空间构造体系必将在我国得到进一步的应用与进展。
