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膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)點:
(1)大跨度。膜結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好,可以不需要內(nèi)部支承,克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度(無支撐)建筑上實現(xiàn)所遇到的困難,可創(chuàng)造巨大的無遮擋可視空間,有效增加空間使用面積。
(2)藝術(shù)性。膜結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)類型,以造型學(xué)、色彩學(xué)為依托,可結(jié)合自然條件,充分發(fā)揮建筑師的想象力,根據(jù)創(chuàng)意建造出傳統(tǒng)建筑難以實現(xiàn)的曲線及各種造型,且色彩豐富,富有時代氣息,體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力之美。配合燈光易形成夜景,給人以現(xiàn)代美的享受。
(3)經(jīng)濟性。膜材料具有一定的透光率,白天可減少照明強度和時間,節(jié)約能源;夜間彩燈透射可形成絢爛的景觀。而且,膜結(jié)構(gòu)能夠拆卸,易于搬遷,特別是在建造短期應(yīng)用的大跨度建筑時,更為經(jīng)濟。
(4)安全性。膜材料具有的阻燃性和耐高溫性,能很好地滿足防火要求;膜結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu),能夠承受很大的位移,不易整體倒塌;膜結(jié)構(gòu)自重輕,抗震性能比較好。
(5)自潔性。膜建筑中采用具有防護涂層的膜材,本身不發(fā)黏,落到膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗而達到良好的自潔效果,同時保證建筑的使用壽命。
(6)工期短。膜片的裁剪、鋼索及鋼結(jié)構(gòu)等的制作均在工廠完成,減少現(xiàn)場施工時間,可與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件等同時進行,避免施工交叉,在施工現(xiàn)場只是鋼索、鋼結(jié)構(gòu)及膜片的連接安裝定位及張拉的過程,故現(xiàn)場施工安裝、迅速快捷,相對傳統(tǒng)建筑工程工期較短。
(7)適用廣。從氣候條件看,膜結(jié)構(gòu)建筑適用的地域廣闊;從規(guī)模上看,可以小到單人帳篷、花園小品,大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建筑。甚至有人曾設(shè)想覆蓋一個小城,實現(xiàn)人造自然。
膜結(jié)構(gòu)一改傳統(tǒng)建筑裝飾材料而應(yīng)用膜材,其凈重僅僅傳統(tǒng)工程建筑的三十分之一。并且膜結(jié)構(gòu)能夠從源頭上擺脫傳統(tǒng)構(gòu)造在大跨距(無支撐點)工程建筑上完成時需碰到的艱難,可造就極大的無遮無擋的可視性空間。其造型設(shè)計隨意輕便、阻燃性、制做簡單、安裝便捷、環(huán)保節(jié)能、便于工程施工、應(yīng)用安全性等優(yōu)勢,因此使它在世界各國遭受廣泛運用。此外值得一提的是,在太陽的直射下,由膜遮蓋的房屋建筑內(nèi)部填滿當然漫射光,無強差距的著亮面與黑影的區(qū)別,房間內(nèi)的空間視覺效果自然環(huán)境寬闊和睦。
膜結(jié)構(gòu)的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上進行的,檢查結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預(yù)定要求的過程。膜結(jié)構(gòu)的找形有不同的理論方法,但荷載分析基本上都采用非線性有限元法,即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點,單元與單元通過結(jié)點相連,外荷載作用在結(jié)點上,通過建立結(jié)點的平衡方程。
由于索膜結(jié)構(gòu)是大變形問題,在推導(dǎo)有限元方程時,需考慮位移高階項對應(yīng)變的影響,即考慮幾何非線性。當然,膜材本身也是非線性的,在工程應(yīng)用上時,材料的非線性問題一般不予考慮