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膜结构的形态和性能

膜结构的形态和物理性能与大多数建筑采用的传统刚性构架结构有很大差异。膜结构设计人员主要关心的三个方面是:曲面形状的选取、预应力的施加水平和曲面的变形能力。此外,还需要考虑膜结构室内空间环境和所采用膜材的种类及等级的选择。

曲面形状

绝大多数现代膜结构都以“负高斯曲面”为基础。这类曲面由一组张紧的“拱形”条元和与其反向的“悬挂”条元组成。这两组元素分别由膜材织物经、纬两个方向的纤维构成。

该形状的一个重要性质是在不显著改变曲面形状的前提下即可对整体曲面施加预张应力。

在向上和向下的荷载作用下,该形体均具有清晰而独立的荷载传递路径。向下的雪荷载由下垂的“悬挂”纤维承担,向上的风吸力由上凸的“拱形”纤维承担。

常用的负高斯曲面有四类,分别锥形曲面、鞍形膜结构可以采用的形状并不仅局列举的四类。实际上,不同形状的交叉与结合极大地扩展了曲面形状的选择范围。当覆盖区域较大而又需要控制室内高度时,可以采用单元组合的方法。沙特阿拉伯 Jeddah机场内的Haj Pilgrim候机厅就是这样的一个实例,440000m2的建筑面积由一系列45.75m ×45.75m的方形平面锥体单元所覆盖。