安徽运动场PTFE膜结构施工组织设计
空间结构建筑的美感往往令人震撼,而这种震撼源于合理的结构设计! 直线是美的,因为它有力度感,曲线也是美的,因为它有张力感;蜂巢是美的,蜘蛛网也是美的,它们的共同点是因为有着合理而简约的结构,而又具备各自非常实用的功能。建筑的美,无非在于造型、色彩、装饰、人文、理念等几个方面,张拉膜结构作为一种轻型结构建筑形式,不仅完美的诠释了这几个方面,也做到了与建筑的和谐统一,建筑即结构,结构即功能,建筑结构功能三位一体,才能呈现出建筑作品的极致美感。
张拉膜结构建筑的设计核心在于控制结构的边界条件以及支承结构的几何形状,从而找到满足设计要求的最佳膜面形态。与传统建筑设计相比,张拉膜结构建筑设计是一个多专业间的相互协调过程。为了得到满足功能要求的最简约设计,结构建筑师必须要与其他工程师紧密合作。
由于结构性能的高效性,膜结构可以通过膜面形状的大变形来重新分布局部集中荷载,而不会使该区域的膜面应力显著增加。这些特性使膜结构成为轻型结构,即它在具有多变造型的同时,既能够有效地承载又可保持外观简洁,这也是张拉膜结构建筑常常被认为具有震撼力美感的原因。
该材料用于内部拉伸帆,例如中庭,眩光控制系统中的特征,对维护的需求小。张拉膜结构又叫结构(Tensioned Membrane structure), 是以建筑织物,即膜材料为张拉主体,与支撑构件或拉索共同组成的结 构体系,它以其新颖的建筑造型,良好的受力特点,成为大跨度空 间结构的主要形式之一。膜材料是指以基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面,配以的PVC组成的具有稳定的形状,并可承受一定载荷的建筑纺织品。它的寿命因不同的表面涂层而异,一般可达成12—50年。
不同的力密度值,对应不同的外形。当外形符合要求时,由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。力密度法也可以用于求解小曲面,小曲面时膜内应力处处相等,肥皂膜就是好的小曲面的例子。实际上的小曲面无法用计算机数值计算方法得到,所以工程上常采用指定误差来得到可接受的较小曲面。力密度法的优点是只需求解线性方程组,其精度一般能满足工程要求。用力密度法找形的软件有德国 EASY(EasyForm)、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
动力松弛法大特点是迭代过程中不需要形成刚度矩阵,节约了刚度矩阵的形成和分解时间,并可在计算过程中修改结构的拓扑和边界条件,该方法用于求解给定边界条件下的平衡曲面。其缺点是迭代步骤往往很多。用动力松弛法找形的软件有英国InTENS、新加坡WinFabric、英国Suface等。有限单元法(Finite Element Method)初是用来计算索网结构的非线性迭代方法,但现在已成为较普遍的索膜结构找形方法。其基本算法有两种,即从初始几何开始迭代和从平面状态开始迭代。显然,从初始几何开始迭代找形要比从平面状态开始来得有效,且所选用的初始几何越是接近平衡状态,计算收敛越快,但初始几何的选择并非容易之事。两种算法中均需要给定初始预应力的分布及数值。在用有限元法找形时,通常采用小杨氏模量或者干脆略去刚度矩阵中的线性部分,外荷载在此阶段也忽略。