张拉膜结构建筑的设计核心?
张拉膜结构建筑的设计核心是控制结构的边界条件和支撑结构的几何形状,从而找到满足设计要求的最佳膜面形状。与传统建筑设计相比,张拉膜结构的建筑设计是一个多学科相互协调的过程。为了得到满足功能需求的最简单的设计,架构师必须与其他工程师密切合作。
轻型张拉膜的结构设计学科始于20世纪50年代FreiOtto的皂膜实验。适应性找形是他创立的新设计学派的基本理念。他的“最小表面”理论开创了现代张拉膜的结构设计。基于这一理论,具有特定边界条件的膜结构具有最小的表面积,从而具有最少的能量消耗。这种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。
以最小曲面为目标的自适应找形是轻型薄膜建筑的基础。
平面边界内的最小曲面是平面。但是,只要膜面或边界上的一点不在这个平面上,所得到的极小曲面上的每一点都会有双曲率。
双曲曲面可以是正高斯曲率(如充气结构),也可以是负高斯曲率(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。
当负高斯膜面减少时,膜材料的量最少。由于结构性能的高效性,膜结构可以通过膜面形状的大变形来重新分配局部集中荷载,而不会显著增加该区域的膜面应力。这些特点使膜结构成为轻型结构,即具有多变的形状,既能有效承受荷载又能保持外观简洁。这也是张拉膜结构建筑常被认为具有震撼之美的原因之一。
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