结构设计论文-张拉膜建筑设计研讨论文

结构设计论文:张拉膜建筑设计研讨

论文

关于《结构设计论文:张拉膜建筑设计研讨论文》，是我们特意为大家整理的，希望对大家有所帮助。

薄膜材料质量很轻，每平方米大概700～1700克。轻质的结构材料大大减少了结构自重和材料运输的成本。轻质的结构和较大的结构变形能力还使张拉膜结构能够吸收震动，减轻地震对建筑的破坏作用，十分适合地震多发地区。薄膜材料具有一定的透光性能，常用膜材能透过大概4%～16%的光线。在白天建筑内部不需要人工照明，减少了建筑的能量消耗。在夜晚室内的灯光从膜面透出来，勾勒出张拉膜结构雕塑般的形体，成为夜晚的一道风景。薄膜材料具有很高的反射率，大量的阳光热辐射能被膜材反射回去，张拉膜结构极小的结构体量使其不会吸收大量的热量，减少了建筑的空调负担，十分适合炎热地区的气候。通过设置双层薄膜或多层薄膜结构，增加透明保温层能使张拉膜结构保持透光性的同时能大大提高结构的隔热系数，使其适应严寒的气候。张拉膜最大最吸引人的优势就是它那优美典雅的有机造型，总能抓住参观者的目光，赋予建筑鲜明的视觉特点，改变了公众传统的建筑印象和建筑审美，丰富了建筑师的

创作手法。

张拉膜的结构概念

1.结构组成

张拉膜结构是一种新型的结构形式，它和以刚性材料为主要结构材料，受弯为主要受力方式的传统结构不同，它是以柔性的薄膜作为结构材料，通过支承张拉系统对薄膜施加预应力使其形成稳定的负曲面造型，获得结构刚度，能够覆盖大跨度空间的一种空间结构体系。如后附图1是张拉膜结构的两种最基本的结构形式马鞍形结构单元和锥形结构单元的示意图。它们都是由支承张拉系统和膜面组成。支承张拉系统包括桅杆、拉索、锚点、边索、脊索等，它们是对薄膜施加预应力的结构构件，并且是张拉膜结构重要的造型要素。在张拉膜结构中薄膜既承受建筑荷载是结构的一部分，同时又是建筑的维护结构。

2.膜面的几何要求

张拉膜结构和其他传统结构形式最大的区别在于它所使用的结构材料。传统的建筑结构采用的都是刚性材料，结构可以直接从材料中获得刚度。而张拉膜结构使用的结构材料是薄膜，它是一种柔性材料，只能受拉不能受压，它必须满足一定拓扑关系的几何造型，通过施加预应力来获得结构刚度，从而使结构具有承载能力。张拉膜结构需要满足的几何要求就是形成负高斯曲面。负高斯曲面上每个点的的两个主曲率半径分别位于曲面的两侧，如膜结构中的鞍面和锥形面，这类曲面也称为互反曲面

(anticlasticsurface)。那么为什么张拉膜结构的曲面形式必须是负高斯曲面呢？假设空间有一个点要通过索来维持该点的平衡，由于索是柔性的不能受压，所以该点至少需要连接4根索，而且其中两根索需要向上弯，以承受节点受到的向下的力；另两根索向下弯，以承受节点受到的向上的力。如此类推要使一个柔性面上每个点都要保持平衡，那么这个面必然是的负高斯曲面。

当曲面曲率较小时为了保持膜面的平衡必然需要较大的预应力，曲率较大时可以减少膜面所需的预应力，因此张拉膜结构设计中一般都要尽量避免出现扁平区域，这会造成膜面应力分布不均，难以保持结构的稳定。负高斯曲面是维持张拉膜结构稳定的基本几何要素，在此基础上对曲面施加预应力使其产生足够的刚度，满足建筑结构的要求。张拉膜结构的曲面造型与结构受力是紧密联系在一起的，是膜面内部受力情况的直接表现。充分了解张拉膜结构的工作原理和机制对于建筑师进行张拉膜结构设计有十分重要的意义，可以帮助建筑师在进行造型设计时进行初步判断分析，避免设计出一些不合理的膜面造型甚至是根本不可能实现的形式。

关于张拉膜结构设计的论述

1.张拉膜结构空间设计的特殊性

张拉膜结构是一种以柔性薄膜材料作为主要结构材料，受拉为主要受力方式的结构形式和传统的结构形式有很大区别。结构特殊性决定决定了它内部空间设计的特殊性。

2.张拉膜结构的空间特点

(1)结构形式与建筑空间的高度一致性

结构与建筑空间的高度一致性是张拉膜结构最大的空间特点，它的其他空间特点都是由此而来。建筑的结构为内部空间提供了一个基本骨架。在传统结构形式的建筑中常常会对结构形成的原始空间进行进一步塑造和修饰，例如通过使用吊顶，掩盖一些较粗糙丑陋的结构构件，重新限定空间大小和形状，改变原有空间界面的肌理、质感和色彩，形成建筑师所需要的室内空间效果，这些建筑的结构和内部空间是不完全一致的有时甚至是相背离的。在张拉膜建筑中，结构形式和内部空间是高度一致的，结构本身就是内部空间的围合界面，它的形状、质感和色彩等决定了空间围合界面的形状、质感和色彩。在张拉膜建筑空间设计中，建筑师必须改变通常的先建筑后结构的空间设计方法，在进行空间设计构思时就要充分考虑结构的实现问题，把结构当作空间设计的手段和语言。

(2)透明的负双曲面空间

通常的建筑空间都是由直线元素构成的，即使是曲面的也都是各种正高斯曲面和零高斯曲面，例如圆柱面，半球面等，而张拉膜建筑的内部空间是一种负高斯曲面构成的空间。张拉膜建筑的内部空间更加自由流畅，空间之间的过渡平滑柔和，室内外的空间互相交融在一起。薄膜材料具有透明性，当我们站在张拉膜结构覆盖的空间里向上仰望，明亮的屋顶波浪般起伏，显得那么

的轻巧和优美；阳光透过屋顶洒满室内，让人觉得室内和外面的天空发生了联系，屋顶宛若是漂浮在建筑上空的一朵云彩。张膜建筑的空间效果改变了人们对建筑空间的传统印象，对建筑产生了新的认识。

(3)新的空间限定元素

在张拉膜建筑中的结构本身就是内部空间的围合界面，张拉膜结构的各种结构构件：索、桅杆、膜面等就构成了空间的限定和表现元素。膜面是面元素，桅杆、拉索和膜面拼缝等是线元素而各种结构节点则形成了点元素。在这种情况下，结构构件不是简单的完成结构功能就可以了，还必须进行艺术化的处理承担起空间表现的任务。结构构件的艺术化处理包括对构件造型的美化，例如桅杆进行收分处理，设计膜面拼缝的图案，结构节点的造型设计等。此外更为重要的是，在张拉膜建筑中结构构件之间的视觉逻辑关系会影响到建筑的空间表达，就如同肋骨拱之间的视觉关系对于歌特教堂内部空间表达的作用一样。因此要处理好构件与构件之间的关系形成清晰的结构逻辑和有序的视觉层次。

3.张拉膜结构与建筑空间要求的契合

(1)张拉膜的结构空间形态

张拉膜结构的基本形态有鞍面、锥面、拱承面、波形面等。这些基本形态除了上述的张拉膜结构共同的空间特点之外还有着不同的空间形态特点。鞍形面张拉膜结构的高点和低点都在膜面周边，空间形态流畅开放，中央区域高度适中，空间利用率较