張拉膜結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)
 
由第一章可知，在張拉膜結(jié)構(gòu) 的發(fā)展過(guò)程，!，光后出現(xiàn)了充氣式、張拉式和索竅頂三種形式，實(shí)際上索彎頂是對(duì)雙層索系環(huán)向布置的一種改進(jìn).只是由于到 II前為止所有的索竅頂結(jié)構(gòu)均采用膜材作為俊蓋材料.有些人也將它看成是薄張拉膜結(jié)構(gòu)的一種形式.仁1其中的膜材只是傳力構(gòu)件而不是主要受力構(gòu)件.圍護(hù)是 It主要功能，故本書(shū)將不對(duì)索彎頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改接探討
所謂充氣張拉膜結(jié)構(gòu)就是利川膜內(nèi)外空氣的壓力差為膜材施加預(yù)應(yīng)力.使膜面能N蓋所形成的空間‘充氣式張拉膜結(jié)構(gòu)又分為’毛承式和氣肋式兩種、、兩者之間的 !K別在于氣承式是直接向膜材所N蓋的氣密性使川空間內(nèi)注人一定壓力的空氣; 而氣肋式是向特定形狀的封閉式氣囊內(nèi)充入一定壓力的t--C體以形成具有一定剛度和形狀的構(gòu)件，再由這樣的構(gòu)件相互聯(lián)結(jié)形成使川空間。產(chǎn)毛肋式張拉膜結(jié)構(gòu)所需注人的空氣壓力要比產(chǎn)C承式的大得多，但充氣FUL較少。充氣張拉膜結(jié)構(gòu)的平面一般為圓形或橢圓形，形式較為單一。膜面的矢跨比一般應(yīng)小于0.75,
充氣張拉膜結(jié)構(gòu)膜面!幾任一點(diǎn)的承載力(才毛壓差)是相同的，且沿膜面的法線方向‘、當(dāng)外菏載沿膜面的法線方向均勻滿(mǎn)布時(shí)、膜內(nèi)張力將均勻減少，膜面形狀僅發(fā)生微小且均勻的變化;然而外荷載常常rt非均勻分布狀態(tài)，此時(shí)膜面形狀將發(fā)生較大改變以縮小室內(nèi)容積和提高膜面內(nèi)外壓力差來(lái)平衡外荷載，由于柔性膜材的剛度很小。不能將荷載傳遞至較大的范圍，膜材局部變形和應(yīng)變會(huì)很大.從而出現(xiàn)應(yīng)力集中，易導(dǎo)致膜材撕裂。為此，大跨度充氣張拉膜結(jié)構(gòu)的膜面需增加鋼索，以便將荷載傳遞到更大范圍。由于充氣張拉膜結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中出現(xiàn)r 較多問(wèn)題，在我國(guó)應(yīng)用較少，這里也不作討論‘
所謂張拉膜結(jié)構(gòu)就是通過(guò)給膜材直接施加預(yù)拉力使之具有剛度) t.承擔(dān)外荷載的結(jié)構(gòu)形式‘、當(dāng)結(jié)構(gòu)覆蓋空間的跨度較小時(shí)。可通過(guò)膜面內(nèi)力直接將荷載傳遞給邊緣構(gòu)件，即形成整體式張拉膜結(jié)構(gòu);當(dāng)跨度較大時(shí)，由于既輕且薄的膜材本身抵抗局部荷載的能力較差.難以單獨(dú)受力.需要與鋼索結(jié)合，形成索一膜組合單元;當(dāng)跨度更大時(shí).可將結(jié)構(gòu)劃分成多個(gè)較小單元.形成多個(gè)整體式張拉膜單元或索一膜組合單元的組合結(jié)構(gòu)。當(dāng)然多個(gè)單元的組合有時(shí)是建筑功能和造型_L的要求，而非結(jié)構(gòu)上的必需:
實(shí)際上，在張拉膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過(guò)程中索一般是必不可少的，但應(yīng)當(dāng)指出的是在允氣張拉膜結(jié)構(gòu)和張拉膜結(jié)構(gòu)中鋼索的作用不盡相同，對(duì)于充氣張拉膜結(jié)構(gòu)，鋼索主要起加勁作ill;而對(duì)于張拉膜結(jié)構(gòu)，鋼索與膜材一樣均為主要受力構(gòu)件。因此也將張拉膜結(jié)構(gòu)稱(chēng)為張拉索一張拉膜結(jié)構(gòu)，即本書(shū)將要探討的主題。
張拉索一張拉膜結(jié)構(gòu)與其他剛性結(jié)構(gòu)的不同首先表現(xiàn)為所使用的主要材料本身不具有剛度和形狀，即在自然狀態(tài)下不具有保持固有形狀和承載的能力，只有對(duì)膜材和索施加預(yù)應(yīng)力后才能獲得結(jié)構(gòu)承載所必須的剛度和形狀，當(dāng)然預(yù)應(yīng)力大小與分布決定了結(jié)構(gòu)的剛度和形狀，因此其設(shè)計(jì)過(guò)程首先是尋求滿(mǎn)足建筑功能要求的理想幾何外形(形)及合理應(yīng)力狀態(tài)(態(tài))這兩個(gè)未知數(shù)的過(guò)程(稱(chēng)為形態(tài)分析)�？梢钥闯觯�結(jié)構(gòu)型體并非僅由建筑設(shè)計(jì)所決定，亦由受力狀態(tài)所制約。
從受力特性上看，由于柔性膜材只能承受面內(nèi)拉力，薄張拉膜結(jié)構(gòu)在面外荷載作用下產(chǎn)生的彎、剪力需通過(guò)結(jié)構(gòu)的變形而轉(zhuǎn)換成面內(nèi)拉力。當(dāng)其初始曲率較小時(shí)，變形引起的面內(nèi)拉力會(huì)很大，為了防止膜內(nèi)拉力過(guò)大，結(jié)構(gòu)的初始形狀應(yīng)保證具有一定曲率，因此張拉索一張拉膜結(jié)構(gòu)本身屬于殼體范疇，有時(shí)稱(chēng)為柔殼 (Soft Shell)。
下面首先討論柔性殼體的受力特點(diǎn)，并據(jù)此來(lái)探討張拉索一張拉膜結(jié)構(gòu)的可能形式及其基本單元和組合，然后討論張拉索一張拉膜結(jié)構(gòu)的支承體系及裁剪與連接。