從理論上來講景觀膜結構處于平衡狀態時的應力可采用無距理論求得。然而,由于湖南張拉膜的曲面形態比較復雜,一般無法采用解析方程來描述,湖南張拉膜的曲面實際是分片光滑的連續折曲面。
1、空間膜面剖分成空間膜條
膜結構是通過結構來表現造型,空間膜面在剖分成膜條時,要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對美觀的影響,同時膜材是正交異性材料,為使其受力性能最佳,應保證織物的經、緯方向不曲面上的主應力方向盡可能一致,此外,用料最省、縫線最短。
2、空間膜條展開成平面膜片
空間膜條展開成平面膜片,即將膜條的三維數據轉化成相應的二維數據,采用幾何方法,簡單可行。但如果膜條本身是個丌可展曲面,就得將膜條再剖分成多個單元,采用適弼的方法將其展開。此展開過程是近似的,為保證相鄰單元拼接協調,展開時要使得單元邊長的變化為極小。
3、應力狀態轉化到無應力狀態
從應力狀態到無應力狀態的轉化,即釋放預應力、迚行應變補償。膜結構是在預應力狀態下工作的,而平面膜材的下料是在無應力狀態下迚行的,為確定膜材的下料,需對膜片釋放預應力,并迚行應變補償。這里的補償實際上是縮減,在此基礎上加上熱合縫的寬度。
前面我們談過,1970年日本大阪萬國博覽會出現的空氣膜結構,標志著膜結構時代的開始。當時的美國館擬橢圓形、軸線尺寸為140m×83.5m,由美國的蓋格爾(D.Geiger)與貝格爾(H.Berger)設計其結構,它不但是世界上第一個大跨度的膜結構,而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂層的玻璃纖維織物。與此同時,還有一個氣脹式膜結構,用于直徑約50m的富士館。
大阪博覽會閉幕之后,作為臨時性建筑的美國館與富士館都已拆除,但它們的出現具有劃時代的意義,此后膜結構在世界范圍內的迅猛的發展,表明它已經遠不是過去那種臨時的大棚,即使對膜結構的采用比較謹慎的日本,在1988年東京后樂園棒球場空氣膜結構建成之后,在建筑法規中正式認定膜結構可用于永久性建筑。 從跨度來說,美國龐提亞克的"銀色穹頂"氣承式膜結構的平面尺寸有234.9m×183m,類似的大型體育館在北美就建了九座。從面積來說,沙特阿拉伯吉大機場候機大廳的懸掛膜結構占地42萬平方米,當時是世界上面積最大的膜結構。
60年代,美國富勒提出了"張拉整體"的概念,即以連續的受拉鋼索為主,以不連續的壓桿為輔,組成一種結構體系,然而他的概念始終沒有在工程中得以實現,其后蓋格爾把這種概念運用到以索、膜與壓桿組成的"索穹頂"上,并成功地建造了直徑自93 m到210 m的體育館。作為膜結構一種新形式的索穹頂,是膜結構體系的一大進展,自從1988年用在漢城奧運會的體操館與擊劍館以來,又在一些體育建筑中得到推廣應用,例如1996年亞特蘭大奧運會的"佐治亞穹頂",擬橢圓形的尺寸達240m×193m,美國佛羅里達的"太陽海岸穹頂",圓形直徑達210m。
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