城市的交通樞紐是城市命脈的關(guān)鍵性建筑,使用功能要求建筑物各組成單元的標(biāo)志明確。因而近來年,這類建筑越來越多采用膜結(jié)構(gòu)。建筑膜材料的使用壽命為25年以上。在使用期間,在雪或風(fēng)荷載作用下均能保持材料的力學(xué)形態(tài)穩(wěn)定不變。
只有正確表達(dá)結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才有強(qiáng)大的說服力與表現(xiàn)力”這句話揭示了張拉膜結(jié)構(gòu)的精髓。對于張拉膜結(jié)構(gòu),任何附加的支撐和修飾都是多余的,其結(jié)構(gòu)本身就是造型;換句話說,不符合結(jié)構(gòu)的造型是不可能的,因為那樣的薄膜不是飄動的就是缺乏穩(wěn)定性的。張拉膜結(jié)構(gòu)的美就在于其“力”與“形”的完美結(jié)合。 張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有:膜材、索與支承結(jié)構(gòu)(桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件)。
索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長度,使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻(xiàn)指出,膜材的自由支承長度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外,索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐,從而保證不會因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌。
就形狀而言,對建筑師說來是至關(guān)重要的。采用一般結(jié)構(gòu)的建筑物,其形狀往往是先由建筑師確定。膜結(jié)構(gòu)則不同,首先它的變形比一般結(jié)構(gòu)要大一些,其次它的形狀是在施工過程中逐步形成的,有一個形狀確定的問題,需要結(jié)構(gòu)工程師的參與。要確定在初始荷載下結(jié)構(gòu)的初始形狀,即結(jié)構(gòu)體系在膜自重(有時還有索)與預(yù)應(yīng)力作用下的平衡位置。在初步設(shè)計階段,先按建筑要求設(shè)定大致的幾何外形,然后對膜面施加預(yù)應(yīng)力使之承受張力,其形狀也相應(yīng)改變,經(jīng)過不斷調(diào)整預(yù)應(yīng)力,后就可得到理想的幾何外形和應(yīng)力分布狀態(tài)。