• 2019/6/30 16:14:12
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张拉整体体系--索膜结构是近年来在国外迅速发展起来的一种新型的大跨度空间预应力张拉结构体系。这种结构由索、压杆组成，在全张拉的索网中内嵌悬浮的压杆，并用特制的节点连接构件，结构的表面覆盖以特殊的材料-膜材，使得整个结构外观十分美观。这种结构的一大特点是可以达到超大的跨度，且自重极轻。随着结构跨度的增大其单位面积自重的增加并不大，这也是整体张拉索膜结构的有趣所在之一。




 

 

力学特性

 

此类结构的力学特性与其他类型的空间结构有所不同，主要表现为以下几点：（1）结构是由索和杆组成的自支撑体系，结构中受拉的索是赖以形成自支撑的单元；（2）结构是由预应力提供刚度的，预应力越大刚度也越大；（3）结构本身应力自平衡，这样预应力才能为结构提供刚度；（4）与其它空间结构相比，结构的几何形状对其力学性能的影响较大；（5）在加载过程中，结构逐步调节并重新分布结构的刚度，如果单元结构中的某一根索发生松弛，结构仍能继续承受荷载。

 

索穹顶结构实际上就是一种特殊的索膜结构，是一种结构效率极高的张力集成体系。其外形类似于穹顶，而主要的构件是钢索，由始终处于张力状态的索段构成穹顶，利用膜材作为屋面，因此被命名为索穹顶。

 

 

实例分析：

 

一、佐治亚穹顶

 

20世纪50年代，美国建筑大师富勒受自然现象启发，构筑了富勒球结构，他将这种结构解释为“压的孤岛存在于拉的海洋之中”，即由不连续的系列压杆与连续的系列拉索构成整体空间球结构。美国著名结构专家盖格认为富勒球属于张力结构体系，体系中的拉索若无松弛则为失稳之虑，盖格依此提出了索膜穹顶空间结构体系。索膜穹顶结构一经出现，立即为国际空间结构工程所瞩目。

 

佐治亚穹顶展示了索膜穹顶的构成，周边为椭圆形的受压刚性环梁，嵌固于环梁上的是环向递近的索网(上、下拉索与下环索)和竖向压杆(飞杆)组成的三角形空间网格张力体系，膜面嵌固在穹顶上部的棱形索网格上，索膜穹顶经施加预应力后成型，成型后的棱形膜面沿长向的坡度应能顺畅地排水。
 

 

二、汉城奥林匹克运动场

 

世界上第一个穹顶结构建筑师1988年汉城奥运会体育馆，该馆是个多功能体育馆，能容纳15000个观众。其屋盖结构是一个较为典型的Geiger体系索穹顶结构，形状为圆形，由16榀辐射状索桁架构构成，直径为129米，屋面膜材覆盖面积为11310平方米。


 

 

三、天津理工大学体育馆

 

天津理工大学体育馆是第十三届全国运动会的竞赛场馆之一，体育馆为地上3层，下部结构采用钢筋混凝土框架，屋盖采用索穹顶结构。屋盖平面为椭圆形，长轴长102m，短轴长82m。屋盖周圈支承于柱顶的混凝土环梁，周圈柱顶不等高，使环梁呈马鞍形，短轴高长轴低，高差为5.59m。屋面最高点标高30.95m。根据建筑外形环梁为内高外低，宽度随建筑外形变化，短轴两端最宽处为6.84m，长轴两端最窄为4.96m。
 

 

为了便于设定初始预应力，同时能够适应椭圆马鞍形的边间，本工程采用了最外圈为Levy式，内圈为Geiger的结构体系，即最外圈撑杆节上下点与环梁间连接两根脊索和两根斜索，内圈撑杆上下节点间只连接一根脊索和一根斜索。

 

体育馆屋面采用膜材和金属屋面板两种材料，屋盖中部叶片状部分采用膜结构屋面，其余部分采用金属屋面。膜材屋面部分整体突出于屋面，其与金属屋面间设置竖直的天窗。为了铺设金属屋面，在拉索节点间设置了主次檩体系；在屋面中部设置了天窗柱和屋面梁组成的屋面体系，实现了建筑功能的要求。

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