張拉膜結構建築的設計核心在於控製結構的邊界條件以及支承結構的幾何形(xíng)狀,從(cóng)而找到滿足設計要求的最佳膜麵形(xíng)態。與傳統建築設計相比(bǐ),張拉(lā)膜結構建築設計是一個多專業間的(de)相(xiàng)互協(xié)調過程。為了得到滿足功能要求的最簡(jiǎn)約設計,建築師必須要與其他工程師緊密合作。
輕型 張拉膜結構設計學科始於20世紀50年代FreiOtto的皂膜試驗(yàn)。自適應找形是他創建的新設計學派的基本概念。他提出的“極小曲麵(miàn)”理論開創(chuàng)了(le)現(xiàn)代張拉膜結構(gòu)設計的先河。基於這種理論,對於特定邊界條件得到的 膜結構表麵積最小,從而耗能最少。這類張拉膜建築的主要結構(gòu)特點是預應力在整個結構中均勻分布。
以(yǐ)極(jí)小曲麵為目標的自適(shì)應找形(xíng)是輕利薄膜建築的基礎。
平麵邊界內的極小曲麵是平麵。然而隻要(yào)膜表麵或邊(biān)界上有一點(diǎn)不在這個平麵內,得到的極小曲麵上的每(měi)一點都會具有雙曲率。
雙曲麵可以是正高斯曲率的(比如(rú)充氣式結構),也可是負高斯曲(qǔ)率的(比如預應力張拉膜結構)。負高斯曲麵的正、負曲率半徑之和為零。
當負高斯膜麵(miàn)為折減麵(reducedsurfaces)時(shí),膜(mó)材用量最少。由於結(jié)構性能的高效性(xìng),膜結構可以通(tōng)過膜麵形狀的大變(biàn)形(xíng)來重新分布局部集(jí)中荷載,而不會(huì)使該區域的膜(mó)麵應力(lì)顯著增加。這(zhè)些特性(xìng)使(shǐ) 膜結構成為(wéi)輕型結構,即它在具有多變造型的同時,既能夠有效地承載又可保持外觀簡潔。這是(shì)張拉膜結構建築常(cháng)常被認為具有震撼力美感的原因之一。 |