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张拉膜结构建筑的设计核心


   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好膜面形态。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简约设计,建筑师必须要与其他工程师紧密合作。
    轻型张拉膜结构设计学科始于20世纪50年代FreiOtto的皂膜试验。自适应找形是他创建的新设计学派的基本概念。他提出的“极小曲面”理论开创了现代张拉膜结构设计的先河。基于这种理论,对于特定边界条件得到的膜结构表面积小,从而耗能少。这类张拉膜建筑的主要结构特点是预应力在整个结构中均匀分布。
    以极小曲面为目标的自适应找形是轻利薄膜建筑的基础。
    平面边界内的极小曲面是平面。然而只要膜表面或边界上有一点不在这个平面内,得到的极小曲面上的每一点都会具有双曲率。
    双曲面可以是正高斯曲率的(比如充气式结构),也可是负高斯曲率的(比如预应力张拉膜结构)。负高斯曲面的正、负曲率半径之和为零。
    当负高斯膜面为折减面(reducedsurfaces)时,膜材用量少。由于结构性能,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。这是张拉膜结构建筑常常被认为具有震撼力美感的原因之一。

 
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