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膜結(jié)構(gòu)又叫張拉膜結(jié)構(gòu)（Tensioned Membrane structure）， 是以建筑織物，即膜材料為張拉主體，與支撐構(gòu)件或拉索共同組成的結(jié) 構(gòu)體系，它以其新穎獨(dú)特的建筑造型，良好的受力特點(diǎn)，成為大跨度空 間結(jié)構(gòu)的主要形式之一。
膜材料是指以聚酯纖維基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂層，配以?xún)?yōu)質(zhì)的PVC組成的具有穩(wěn)定的形狀，并可承受一定載荷的建筑紡織品。它的壽命因不同的表面涂層而異，一般可達(dá)成12—50年。
奧博膜結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域：
奧博膜結(jié)構(gòu)是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式，它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工與材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體，具有很高技術(shù)含量。其曲面可以隨著建筑師的設(shè)計(jì)需要任意變化，結(jié)合整體環(huán)境，建造出標(biāo)志性的形象工程。
藝術(shù)性：充分發(fā)揮建筑師的想象力，又體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件清晰受力之美。
經(jīng)濟(jì)性：由于膜材具有一定的透光率，白天可減少照明強(qiáng)度和時(shí)，能很好地節(jié)約能源。同時(shí)夜間彩燈透射形成的絢爛景觀也能達(dá)到很好的廣告宣傳效益。
大跨度：膜結(jié)構(gòu)可以從根本克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度（無(wú)支撐）建筑上實(shí)現(xiàn)所遇到的困難，可創(chuàng)造巨大的無(wú)遮擋可視空間，有效增加空間使用面積。
自潔性：膜建筑中采用具有防護(hù)涂層的膜材，可使建筑具有良好的自潔效果，同時(shí)保證建筑的使用壽命。
工期短：膜建筑工程中所有加工和制作均在工廠內(nèi)完成，可減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，避免出現(xiàn)施工交叉，相對(duì)傳統(tǒng)建筑工程工期較短。膜建筑可廣泛應(yīng)用于大型公共設(shè)施：體育場(chǎng)館的屋頂系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)大廳、展覽中心、購(gòu)物中心、站臺(tái)等，又可以用于休閑設(shè)施、使用工業(yè)設(shè)施及標(biāo)志性或景觀性建筑小品等。
奧博膜結(jié)構(gòu)是一種建筑與結(jié)構(gòu)wm結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。它是用高強(qiáng)度柔性薄膜材料與支撐體系相結(jié)合形成 具有一定剛度的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由輕巧、阻燃、制作簡(jiǎn)易、 安裝快捷、能易于、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，因而使它在世界各地受到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)形式特別適用于 大型體育場(chǎng)館、人口廊道、小品、公眾休閑娛樂(lè)廣場(chǎng)、展覽會(huì)場(chǎng)、購(gòu)物中心等領(lǐng)域。
奧博膜結(jié)構(gòu)建筑形式的分類(lèi)：
從結(jié)構(gòu)上分可分為：骨架式膜結(jié)構(gòu)，張拉式膜結(jié)構(gòu)，充氣式膜結(jié)構(gòu)3種形式
1.奧博骨架式膜結(jié)構(gòu)（Frame Supported Structure）
以鋼構(gòu)或是集成材構(gòu)成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構(gòu)造形式,下部支撐結(jié)構(gòu)安定性高，因屋頂造型比較單純,開(kāi)口部不易受限制，且經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，廣泛適用于任何大,小規(guī)模的空間。
2.奧博張拉式膜結(jié)構(gòu)（Tension Suspension Structure）
以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成，利用鋼索與支柱在膜材中導(dǎo)入張力以達(dá)安 定的形式。除了可實(shí)踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外,也是最能展現(xiàn)膜結(jié) 構(gòu)精神的構(gòu)造形式. 近年來(lái)，大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構(gòu)成鋼索網(wǎng)來(lái)支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高，結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，且具豐 富的表現(xiàn)力，所以造價(jià)略高于骨架式膜結(jié)構(gòu)。
3.奧博充氣式膜結(jié)構(gòu)（Pneumatic Structure）
充氣式膜結(jié)構(gòu)是將膜材固定于屋頂結(jié)構(gòu)周邊，利用送風(fēng)系統(tǒng)讓室內(nèi)氣壓上升到一定壓力后，使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓來(lái)支 撐，及鋼索作為輔助材,無(wú)需任何梁,柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經(jīng)濟(jì)效益高，但需維持進(jìn)行24小時(shí)送風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在持續(xù)運(yùn)行及機(jī)器維護(hù)費(fèi)用的成本上較高。
現(xiàn)今，城市中已越來(lái)越多地可以見(jiàn)到膜結(jié)構(gòu)的身影。奧博膜結(jié)構(gòu)已經(jīng)被應(yīng)用到各類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)中，在我們的城市中充當(dāng)著不可或缺的角色：
體育設(shè)施：體育場(chǎng)/體育館/網(wǎng)球場(chǎng)/游泳館/訓(xùn)練中心/健身中心等
商業(yè)設(shè)施：商場(chǎng)/游樂(lè)中心/酒店/餐廳/商業(yè)街等
文化設(shè)施：展覽中心/劇院/表演中心/水族館等
交通設(shè)施：飛機(jī)場(chǎng)/火車(chē)站/碼頭/停車(chē)場(chǎng)/天橋/加油站/收費(fèi)站等
景觀設(shè)施：標(biāo)志性小品/廣場(chǎng)標(biāo)識(shí)/小區(qū)景觀/步行街等
工業(yè)設(shè)施：工廠/倉(cāng)庫(kù)/污水處理中心/物流中心/溫室等
用曲面有限單元建立的膜結(jié)構(gòu)分析理論
奧博膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可分為三個(gè)步驟：
(1)找出一個(gè)初始平衡形狀；
(2)各種荷載組合下的力學(xué)分析以保證安全；
(3)裁剪制作。發(fā)達(dá)國(guó)家從六十年代起開(kāi)始提出多種計(jì)算方法，
到目前為止以有限元法為{zxj}、最普遍被采用的方法。而單元類(lèi)型皆為三角形平面常應(yīng)變單元，該方法是從剛性板殼大變形理論移植過(guò)來(lái)的。
從以下分析可以看到，膜結(jié)構(gòu)作為只能抗拉的軟殼體是不適宜采用這種平面單元的，因?yàn)閷?duì)于剛性殼體來(lái)說(shuō)，這種平板單元可以看成平面應(yīng)力單元和平板彎曲單元的組合，其單元?jiǎng)傟嚳梢杂蛇@兩種單元?jiǎng)傟嚭喜⒍?。而膜結(jié)構(gòu)作為軟殼體是不能抗彎的，只能靠薄膜曲面的曲率變化，從而引起膜表面中內(nèi)力重分布來(lái)抵抗垂直于曲面的外荷載。如果還是采用這種只有平面內(nèi)應(yīng)力的板單元，則應(yīng)變的線性部分將不反映平面外z方向位移的影響，這導(dǎo)致單元不包含z方向節(jié)點(diǎn)反力，就每個(gè)單元來(lái)說(shuō)靜力是不平衡的。所幸的是應(yīng)變的非線性部分考慮了z向位移的影響，使得各單元合并起來(lái)的總的平衡方程通過(guò)不斷迭代能近似達(dá)到平衡，缺點(diǎn)是需要過(guò)多的平面內(nèi)位移來(lái)滿足平衡的要求，而實(shí)際情況是只需要一定的平面外和平面內(nèi)的位移及曲率變化就可以了。
考慮到這些，我國(guó)膜結(jié)構(gòu)技術(shù)人員在國(guó)際上首次采用曲面膜單元，應(yīng)變的線性部分引入了z向位移及單元的曲率和扭率，非線性部分仍然保留z向位移的影響項(xiàng)。這樣無(wú)論是每個(gè)單元還是各單元合并后的平衡方程都能很容易滿足，迭代次數(shù)大為減少，而變形結(jié)果也更符合真實(shí)情況。而且由于單元內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力都不相同，據(jù)此判斷皺折是否出現(xiàn)會(huì)更為jq。{zh1}求出的每個(gè)單元的曲率和扭率對(duì)于判斷初始找形的正誤和優(yōu)劣以及裁剪下料都能提供很多非常有用的信息。
用曲面有限單元建立的膜結(jié)構(gòu)找形及內(nèi)力計(jì)算方法極小曲面具有非常wm的表面形狀和應(yīng)力狀態(tài)，是膜結(jié)構(gòu)最合理的理想初始狀態(tài)。所謂極小曲面是指在給定邊界條件下面積最小的曲面。在這個(gè)曲面上任意一點(diǎn)的應(yīng)力都相等。發(fā)達(dá)國(guó)家從六十年代起開(kāi)始對(duì)膜結(jié)構(gòu)找形提出多種計(jì)算方法，如物理模型法,力密度法,動(dòng)力松馳法等，到目前為止以有限元法為{zxj}、最普遍采用的方法。不僅國(guó)內(nèi)，迄今國(guó)外的計(jì)算理論也都是以平面膜單元作為膜結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。該方法是從剛性板殼大變形理論移植過(guò)來(lái)的。膜結(jié)構(gòu)作為只能抗拉的軟殼體是不適宜采用這種平面單元的，其缺點(diǎn)是需要過(guò)多的平面內(nèi)位移來(lái)滿足平衡的要求，而實(shí)際情況是只需要一定的平面外和平面內(nèi)的位移及曲率變化就可以了。其后果就是在后面要進(jìn)行的內(nèi)力計(jì)算時(shí)，代入真實(shí)材料常數(shù)后，由于前面找形得到的極小曲面與實(shí)際可能存在的膜結(jié)構(gòu)形狀的差距在視覺(jué)上可能不大，但對(duì)計(jì)算來(lái)說(shuō)卻是不能忽視的，因此計(jì)算很容易發(fā)散或出現(xiàn)皺折。這也是前面其他方法的共同缺點(diǎn)，他們往往把這一連貫的過(guò)程區(qū)分成理想化的找形和實(shí)際驗(yàn)算兩個(gè)階段，也就不能保證找出的形狀都能用真實(shí)的膜材建成等應(yīng)力極小曲面。
奧博膜結(jié)構(gòu)的裁剪制作方法
1．裁剪方法簡(jiǎn)介
膜結(jié)構(gòu)的裁剪拼接過(guò)程無(wú)論如何都是會(huì)有誤差的，這是因?yàn)槭紫扔闷矫婺て闯煽臻g曲面就一定會(huì)有誤差，其次膜布是各向異性非線性材料，在把它張拉成曲率變化多端的空間形狀時(shí)，不可避免的會(huì)與初始設(shè)計(jì)形狀有出入。迄今為止，已建立了很多種方法來(lái)處理這一問(wèn)題。很難評(píng)價(jià)哪個(gè)方法的jq度一定就高，但還是有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以用來(lái)判斷這些裁剪方法是否實(shí)用。那就是可靠性、靈活性和完成時(shí)間。
2．奧博膜結(jié)構(gòu)交互式裁剪過(guò)程
裁剪縫的布置
布置膜結(jié)構(gòu)表面裁剪縫時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素:
1）表面曲率
以前的裁剪方法都無(wú)法給出曲面任一點(diǎn)處的曲率。而本軟件因?yàn)椴捎玫氖乔婺卧?，所以可以得到每個(gè)單元的曲率。如果相鄰單元曲率相差很大，說(shuō)明在這個(gè)位置，曲面扭曲的很?chē)?yán)重，如果裁剪縫在此處不切斷重新開(kāi)始，那么裁剪膜塊的邊界在此處就會(huì)有很大的弧形。從相鄰單元曲率的變化趨勢(shì)，可以判斷出測(cè)地線的大致走向。
2）膜材料的幅寬
找形分析過(guò)程中的平面網(wǎng)格劃分時(shí)，就要考慮到膜材料的幅寬。盡量使一塊膜布中包含的膜單元是完整的，否則還要通過(guò)插值計(jì)算確定膜塊邊界點(diǎn)的位置。
3）邊界的走向
如果邊界比較平直，可以考慮用一個(gè)膜塊的長(zhǎng)邊作為這條邊界。否則只能用多個(gè)膜塊的短邊拼接成這條邊界。
4）美觀
因?yàn)槟げ牧暇哂型腹庑?，?shí)際結(jié)構(gòu)中可以清楚地看見(jiàn)焊縫，所以裁剪縫的布置一定要規(guī)則、合理，{zh0}能形成一些漂亮的圖案以增加結(jié)構(gòu)的美感。如果膜表面設(shè)置有壓索或脊索， 那么{zh0}使裁剪縫與壓索或脊索重合，使索不至于打亂焊縫的圖案布置。
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