大跨度建筑實(shí)例的結(jié)構(gòu)分析-充氣膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

建筑2班葛偉偉濤劉劉廣明大跨度建建筑實(shí)例例的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析大跨度建建筑簡(jiǎn)介介充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)概述實(shí)例分析析123CONTENTS隨著科技技水平的的進(jìn)步與與建筑技技術(shù)的不不斷發(fā)展展，現(xiàn)今今建筑物物的跨度度和規(guī)模模越來越越大，目目前，尺尺度能達(dá)達(dá)到150m以以上的超超大規(guī)模模建筑已已非個(gè)別別；并且且它們結(jié)結(jié)構(gòu)形式式豐富多多彩，采采用了許許多新材材料和新新技術(shù)，，發(fā)展了了許多新新的空間間結(jié)構(gòu)形形式。大大跨度建建筑通常常是指跨跨度在30米米以上上的建筑筑，主要要用于民民用建筑筑的影影劇院、、體育場(chǎng)場(chǎng)、展覽覽館、大大會(huì)堂、、航空港港以及其其他大型型公共建建筑在工工業(yè)建筑筑中則主主要用于于飛機(jī)裝裝配車間間、飛機(jī)機(jī)庫和其其他大跨跨度廠房房中。大跨度建建筑主要要包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)、網(wǎng)殼殼結(jié)構(gòu)、、懸索結(jié)結(jié)構(gòu)、桁桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)、膜結(jié)結(jié)構(gòu)、薄薄殼結(jié)構(gòu)等基本空空間結(jié)構(gòu)構(gòu)。還包包括他們們的各種種組合與與演變。。正是這這種組合合與演變變,造就就了當(dāng)今今大跨度度建筑的的紛繁多多樣的建建筑形式式以及紛紛繁的建建筑空間間。充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)Chapter充氣膜結(jié)結(jié)構(gòu)在索索穹頂體體系出現(xiàn)現(xiàn)之前，，創(chuàng)造了了段大跨跨建筑的的輝煌發(fā)發(fā)展史。。充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)介充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)，又名名"充氣氣膜結(jié)構(gòu)構(gòu)",是是指在以以高分子子材料制制成的薄薄膜制品品中充入入空氣后后而形成成房屋的的結(jié)構(gòu)。。充氣式式充氣氣結(jié)構(gòu)結(jié)結(jié)構(gòu)又又可分為為氣承式式膜結(jié)構(gòu)構(gòu)和氣脹脹式膜結(jié)結(jié)構(gòu)（或或叫氣肋肋式膜結(jié)結(jié)構(gòu)）。。氣氣承式膜膜結(jié)構(gòu)（（索膜結(jié)結(jié)構(gòu)）是是通過壓壓力控制制系統(tǒng)向向建筑物物內(nèi)充氣氣，使室室內(nèi)外保保持一定定的壓力力差，使使覆蓋膜膜體受到到上浮力力，并產(chǎn)產(chǎn)生一定定的預(yù)張張應(yīng)力，，以保證證體系的的剛度。。氣脹式式膜結(jié)構(gòu)構(gòu)是向單單個(gè)膜構(gòu)構(gòu)件內(nèi)充充氣，使使其保持持足夠的的內(nèi)壓，，多個(gè)膜膜構(gòu)件進(jìn)進(jìn)行組合合可形成成一定形形狀的一一個(gè)整體體受力體體系。充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)發(fā)展充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)于20世紀(jì)40年代代開始應(yīng)應(yīng)用，可可作為體體育場(chǎng)、、展覽廳廳、倉庫庫、戰(zhàn)地地醫(yī)院等等。特別別適宜于于輕便流流動(dòng)的臨臨時(shí)性建建筑和半半永久性性建筑。。充氣結(jié)結(jié)構(gòu)具有有重量輕輕、跨度度大、構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單單、施工工方便、、建筑造造型靈活活等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)；其缺缺點(diǎn)是隔隔熱性、、防火性性較差，，且有漏漏氣問題題需要持持續(xù)供氣氣。材料薄膜材料料主要有有玻璃纖纖維布、、塑料薄薄膜、金金屬編織織物等，，其中用用得最多多的是玻玻璃纖維維布，其其表面可可涂聚四四氟乙烯烯等類涂涂料，以以增加耐耐久性和和防火性性。薄膜膜材料的的接縫可可采用熔熔接、粘粘接和縫縫合等三三種形式式。充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)建筑的空空間造型型設(shè)計(jì)中中，可以以充分利利用符合合力學(xué)原原理的建建筑造型型來增強(qiáng)強(qiáng)建筑藝藝術(shù)表現(xiàn)現(xiàn)力。這這就是通通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形形來表現(xiàn)現(xiàn)出的整整體結(jié)構(gòu)構(gòu)形式，，完全不不需要任任何媒介介而呈現(xiàn)現(xiàn)空間造造型，簡(jiǎn)簡(jiǎn)潔、流流暢、、自然。。充氣結(jié)結(jié)構(gòu)就是是這樣造造型別致致、變化化無窮的的結(jié)構(gòu)形形式。一一片只能能承受拉拉力的柔柔性薄膜膜在受到到有壓差差的氣體體作用時(shí)時(shí)，呈現(xiàn)現(xiàn)出充氣氣的形狀狀，它朝朝著氣體體密度低低的方向向變形形，直到到位移和和形狀趨趨于穩(wěn)定定。充氣氣加壓后后的薄膜膜能夠承承受一定定的外力力，根據(jù)據(jù)這一基基本原理理，可利利用薄膜膜和受約約束的氣氣體共同同構(gòu)成的的一種充充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)體。充充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)是通過過壓差保保持穩(wěn)定定的結(jié)構(gòu)構(gòu)類型，，對(duì)所采采用的充充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)的穩(wěn)定定性或承承重構(gòu)件件作出正正確的分分析，就就必須對(duì)對(duì)其造型型規(guī)律進(jìn)進(jìn)行基本本的研究究。廣島巨浪浪館充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型型充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)主要有有氣承式式和氣囊囊式兩種種結(jié)構(gòu)形形式：①氣承式式結(jié)構(gòu)是是直接用用單層薄薄膜作為為屋面和和外墻，，將周邊邊錨固在在圈梁或或地梁上上，充氣氣后形成成圓筒狀狀、球狀狀或其他他形狀的的建筑物物。室內(nèi)內(nèi)氣壓為為室外氣氣壓的1.001～1.003倍。。人和物物通過氣氣鎖出入入口進(jìn)出出。為減減小薄膜膜拉力、、增大結(jié)結(jié)構(gòu)跨度度，氣承承式結(jié)構(gòu)構(gòu)薄膜上上面可設(shè)設(shè)置鋼索索網(wǎng)。②氣囊式式結(jié)構(gòu)是是將空氣氣充入由由薄膜制制成的氣氣囊，形形成柱、、梁、拱拱、板、、殼等基基本構(gòu)件件，再將將這些構(gòu)構(gòu)件連接接組合而而成的建建筑物。。氣囊中中的氣壓壓為室外外氣壓的的2～7倍，故故是一種種高壓體體系。充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)造型分類類在造型設(shè)設(shè)計(jì)過程程中，為為了產(chǎn)生生復(fù)雜多多樣的空空間造型型，必須須關(guān)注不不同造型型之間的的邊界形形狀即其其連接部部分的曲曲面擬合合。造型型表面必必須滿足足一些基基本條件件：封閉閉，有向向，有界界和連接接。只有有封閉表表面才能能保證平平面立體體的拓?fù)鋼潢P(guān)系成成立。而而且造型型還要滿滿足一定定的結(jié)構(gòu)構(gòu)剛性，，以滿足足承受一一定外荷荷載的要要求。充氣結(jié)構(gòu)根據(jù)據(jù)不同的分類類依據(jù)有多種種劃分。根據(jù)據(jù)大氣層中使使用空間的主主要結(jié)構(gòu)效用用可分為單層層充氣結(jié)構(gòu)和和雙層充氣結(jié)結(jié)構(gòu)。單層膜膜的空間只有有一層薄膜圍圍成，支承介介質(zhì)必須是空空氣；雙層膜膜的兩層受力力薄膜總是向向相反方向彎彎曲，中間可可以用其他氣氣體或高壓空空氣，室內(nèi)無無超壓，雖然然跨度能力有有所限制，但但保持了快速速折裝、便于于運(yùn)輸（體積積小、質(zhì)量輕輕）、可反復(fù)復(fù)使用和抗災(zāi)災(zāi)性好，光環(huán)環(huán)境宜人等特特點(diǎn)。同時(shí)保保溫隔熱，在在建筑形式上上靈活多樣。。充氣結(jié)構(gòu)造型分類根據(jù)被約束氣氣體壓力的大大小：可以分分為低壓充氣氣結(jié)構(gòu)和高壓壓充氣結(jié)構(gòu)。。它們?cè)趦?nèi)壓壓、結(jié)構(gòu)功能能、支承類型型等方面都有有所不同。低低壓充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)壓為100~1000N/m2，而高壓充充氣結(jié)構(gòu)內(nèi)壓壓高達(dá)10000~70000N/m2。通通常單氣膜是是低壓的，而而雙氣膜可以以是高壓，也也可是低壓。。高壓體系的的充氣結(jié)構(gòu)一一般都是由管管狀構(gòu)件組成成，在一個(gè)方方向上為弧形形曲率，而在在另一個(gè)方向向曲率很小，，或?yàn)榱恪９芄軤顦?gòu)件還可可以承受垂直直膜面作用外外力，如同梁梁、拱的作用用，其在承受受較大的外力力時(shí)只有通過過較高的內(nèi)壓壓平衡。但是是高壓體系會(huì)會(huì)發(fā)生膜內(nèi)氣氣體滲透現(xiàn)象象。充氣結(jié)構(gòu)造型分類根據(jù)被約束氣氣體的壓力性性質(zhì)，又可以以把充氣結(jié)構(gòu)構(gòu)分為負(fù)壓體體系和正壓體體系。簡(jiǎn)單區(qū)區(qū)分就是膜內(nèi)內(nèi)氣壓若低于于大氣壓則為為負(fù)壓體系，，反之，則為為正壓體系。。負(fù)壓體系空空間造型的外外廓線為凹曲曲面形，凹曲曲面造型充氣氣結(jié)構(gòu)屬于低低壓體系，原原因是膜材的的應(yīng)力一般都都不大，而極極小的壓差會(huì)會(huì)在膜面引起起足夠的膜面面應(yīng)力，容易易獲得要求的的凹曲面造型型。但凹曲面面造型會(huì)引起起積雪和積水水等可能造成成的問題，并并因風(fēng)荷載可可能會(huì)引起形形狀不穩(wěn)定。。而正壓體系系空間造型的的外廓線為凸凸曲面形，其其結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣氣壓應(yīng)高于周周圍結(jié)構(gòu)外部部的大氣壓。。凸曲面造型型充氣結(jié)構(gòu)既既有低壓體系系，又有高壓壓體系。因而而凸曲面造型型充氣結(jié)構(gòu)膜膜材的應(yīng)力變變化較大，在在凸曲面充氣氣結(jié)構(gòu)造型設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)首先要要確定是低壓壓體系還是高高壓體系，以以確定選用的的膜材。充氣結(jié)構(gòu)邊界條件充氣結(jié)構(gòu)中不不論任何形式式的造型分類類，根據(jù)膜面面邊界條件的的受力特性分分為無附加支支承約束、有有附加支承約約束兩種情況況。無附加支支承約束是指指充氣膜面僅僅僅依靠?jī)?nèi)部部氣壓作用而而張緊受力，，不需要依靠靠有附加支承承約束來張緊緊膜面。有附附加支承約束束又具體分為為附加點(diǎn)支承承、附加線支支承和復(fù)合支支承。有附加加支承約束是是指充氣膜面面不僅依靠?jī)?nèi)內(nèi)部氣壓作用用而使膜面張張緊受力，而而且需要依靠靠有附加支承承約束來張緊緊膜面。因而而有附加支承承約束充氣結(jié)結(jié)構(gòu)可以適用用于更大跨度度、更大空間間的要求，因因而使空間造造型更加多樣樣，更加變化化。充氣結(jié)構(gòu)邊界條件有附加支承約約束通過調(diào)整整膜面的曲率率半徑降低膜膜面應(yīng)力，也也為了減少正正壓結(jié)構(gòu)的體體積或撐張負(fù)負(fù)壓結(jié)構(gòu)，以以利于在建筑筑中應(yīng)用，設(shè)設(shè)計(jì)出形形色色色的結(jié)構(gòu)形形式和建筑造造型。分為三三種承接方式式。（1）附加點(diǎn)點(diǎn)支承此此類支承可分分為柔性和剛剛性兩類。點(diǎn)點(diǎn)支承是采采用剛性圓盤盤、剛性球面面；或是用柔柔性繩環(huán)、高高壓充氣球等等構(gòu)件對(duì)膜面面進(jìn)行牽拉或或撐頂。通常常柔性支承比比剛性支承更更好地與膜面面協(xié)同工作，，并有效避免免應(yīng)力的集中中。但支承點(diǎn)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，，材料費(fèi)用昂昂貴。且容易易應(yīng)力集中，，導(dǎo)致膜面破破裂。（2）附加線線支承膜膜面的附加線線支承也可分分為柔性和剛剛性兩大類。。柔性線支承通通常是用索來來實(shí)現(xiàn)的，包包括金屬線、、纖維線、鏈鏈條和繩等。。索廣泛應(yīng)用用于膜面的支支承中，起結(jié)結(jié)構(gòu)支撐的作作用，有些對(duì)對(duì)膜面起穩(wěn)定定的作用。在在點(diǎn)支承中經(jīng)經(jīng)常布置沿支支承點(diǎn)放射的的索，即點(diǎn)索索支承來滿足足造型與受力力需要。梁、、拱等則是剛剛性的線支承承。平直的梁梁多用于雙氣氣膜和建筑物物其它部位相相連接時(shí)的情情況；而利于于均布受壓的的拱則多用于于支承負(fù)壓體體系的外膜或或正壓體系的的內(nèi)膜。（3）復(fù)合支支承可以以利用超壓的的氣體或膜面面為充氣膜的的膜面提供線線、面支承。。將單層膜、雙雙層膜的使用用空間充入一一定的氣壓，，使用空間的的氣壓可以高高于、低于也也可以等于氣氣囊內(nèi)的氣壓壓。采用附加加點(diǎn)支承和附附加線支承的的復(fù)合支承，，不僅有效地地提高了充氣氣結(jié)構(gòu)的承載載能力，而且且極大地提高高了安全性能能一一無論是是外膜還是內(nèi)內(nèi)膜受到嚴(yán)重重意外破壞并并退出工作，，整個(gè)結(jié)構(gòu)仍仍可以繼續(xù)工工作而不坍落落。實(shí)例分析1.中央黨校校氣膜網(wǎng)球館館-中國(guó)第一一個(gè)自然采光光的氣膜網(wǎng)館館尺寸：長(zhǎng)109米*寬寬38米*高高12.5米米面積：4142平方方米該項(xiàng)目６片片網(wǎng)球場(chǎng)采采用二次反反光照明系系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)完全看看不到光源源，環(huán)境舒舒適不會(huì)晃晃眼,氣膜膜頂部搭配配使用透光光膜(光率率25%)，達(dá)到日日間充分利利用自然光光的效果。。實(shí)例分析2.深圳東東部華僑城城大俠谷兒兒童樂園項(xiàng)項(xiàng)目——世世界第一個(gè)個(gè)七彩氣膜膜室內(nèi)游樂樂園項(xiàng)目特點(diǎn)：：直徑54米，高15米面面積：：2289平方米外膜采用七七彩膜，是是世界第一一個(gè)七彩圓圓形氣膜建建筑，優(yōu)美美的外觀充充分體現(xiàn)了了膜材顏色色的多樣。。安全智能能的送風(fēng)系系統(tǒng)，既能能保持場(chǎng)內(nèi)內(nèi)空氣新鮮鮮又可以防防止熱能的的損耗，為為游人提供供舒適的游游樂環(huán)境。。高跨比，，大空間無無梁柱，自自重輕這些些都是傳統(tǒng)統(tǒng)建筑所無無可比擬的的氣膜建筑筑系統(tǒng)可達(dá)達(dá)到抵御67米/秒秒的臺(tái)風(fēng)和和250kg/m2的積雪，，保證建筑筑的安全性性，空調(diào)能能耗僅為傳傳統(tǒng)建筑的的1/10—1/4，總體節(jié)節(jié)能75%以上。實(shí)例分析3.南京南南湖俱樂部部羽毛球館館——中國(guó)國(guó)首個(gè)氣膜膜球館該項(xiàng)目利用用氣膜建筑筑的輕質(zhì)高高強(qiáng)度，項(xiàng)項(xiàng)目跨度為為27米，，長(zhǎng)44米米，原有女女兒墻體高高1.4米米，氣膜從從墻上起拱拱，高11.6米,主要受力力為上揚(yáng)力力等特質(zhì)，，在原有的的老式建筑筑頂樓加蓋蓋出一層建建筑。原原建筑為老老式四層樓樓房，利用用氣膜建筑筑在樓頂設(shè)設(shè)計(jì)出一個(gè)個(gè)新型的羽羽毛球館，，經(jīng)過核算算，氣膜建建筑的建設(shè)設(shè)和使用完完全在原有有建筑的基基礎(chǔ)承受范范圍之內(nèi)，，不會(huì)影響