支承结构在膜结构的设计中占有举足轻重的地位。支承结构的作用可概括为以下三个方面:①为膜结构提供一系列高低错落的支承点(边界)或悬吊点,以维持膜结构曲面的稳定;②将膜面内拉力转化为压力传至地基基础;③支承结构的刚劲挺拔与膜的灵动飘逸间形成鲜明对比,增强建筑整体表现力。
3. 1 膜结构支承结构的主要形式
根据支承位置的不同,支承结构可分为边缘支承和内部支承两大类。
边缘支承的形式主要有以钢等 刚性构件 支承以及 索等柔性构件 支撑两种,3. 2 支承结构的体系布置与构件设计
膜结构支承体系的选择与布置取决于膜面的形状和结构尺度。支承体系的布置应满足稳定性要求,并尽可能做到自平衡和自适应。自平衡是指支承体系能最大限度地平衡膜面内的张力,以减小张力对基础结构的影响;自适应是指支承体系能较好地适应膜结构大变形的特点,有一定的自由度和调节余量。
支承结构的内力分析宜考虑与膜面张力的共同作用。结构体系及构件的稳定分析与截面设计按现行钢结构设计规范进行。对于刚性边界膜结构(参见图 20),要特别注意对构件刚度的控制,以免因边界支承构件的变形而导致膜面无法张拉到位造成膜面松弛。
3. 3 桅杆结构设计
桅杆是膜结构支承体系中最为常见的结构形式。桅杆结构设计主要包括三部分:柱身设计、柱头设计和柱脚设计。其中,柱身设计与普通的钢结构柱设计基本相同, 以下主要介绍柱头和柱脚的设计。
(1) 柱头设计
桅杆顶部与膜连接处的节点可做成浮动式或固定式,如图 27 及图 28 所示。浮动式节点的浮动环在不平衡力作用下会发生左右摆动,使桅杆两侧的荷载作用趋于平衡,从而降低了桅杆顶部的水平位移,并可避免此处膜面出现褶皱。当桅杆承受的非对称荷载较大时,宜采用浮动式节点。
拉索与桅杆顶部可通过索端连接件与桅杆顶部的钢板相连接。膜往往通过螺栓或卡具锚固在顶部圆环或圆钢板上。此部位的膜面积急剧减小同时荷载又很大,应采用加强层对顶部的膜进行加强。在桅杆顶部通常设有金属帽,兼具防水和美观功能。伞形膜结构可采用顶升伞帽的方式来施加预张力,此时的柱顶应设计为可调节式节点 |