張力膜結構的形態主要分為兩種類型負高斯曲面或雙曲鞍形面，正高斯曲面或雙曲球形面。力值控制預張力的施加水平可能會受到摩擦力等多種因素的干擾。在有代表性的施力點，抽檢力值作參考，更有利於預張力施加的控制。
基本介紹
- 中文名：張力膜結構
- 外文名：Tension membrane structure
- 類型：兩種類型
- 實例：四點鞍形曲面
- 套用：建築設計
結構類型,負高斯曲率,正高斯曲率,施加預張力,
結構類型
張力膜結構的形態主要分為兩種類型：
1、負高斯曲面或雙曲鞍形面：
通過機械方式在膜面內沿著其邊界施加預應力而得到的張力平衡且穩定的形態。
2、正高斯曲面或雙曲球形面：
通過在膜面法向上作用氣壓力或水壓力而得到的平衡且穩定的形態，這類結構又可分為氣承式和氣枕式兩類。
負高斯曲率
當一個物體受到四個以上不在同一平面內的拉力作用，且它們能構成平衡力系時，該物體就能僅在拉力作用下於三維空間內保持穩定。通過這一原則可以確定張力薄膜結構的穩定形狀。
負高斯雙曲面的正負曲率之和為零。
雙曲膜結構是依靠形狀而非材料來承載的，根據這一原則確定的膜面形狀能以最少的材料覆蓋最大的建築面積。
張拉膜面自身又是膜結構的主要構件，其平衡由膜帶或索等製成的加勁邊來維持，加勁邊的空間位置由支承構件及懸掛構件確定。為了覆蓋較大面積而不增加不必要的重量，尾面可用一組膜片來形成。
設計師可以通過改變內外支承的布置來得到許多負高斯雙曲面。進行綜合設計時要同時考慮建築和結構兩方面的因素。在設計過程中，支承構件的布置和尺寸以及膜面的形狀應與所需覆蓋空間的跨度和承受的荷載相聯繫。這樣，通過逐步設計最終得到最優的建築方案。
工程中常用的只是一些典型的負高斯曲面，其實可以採用的曲面形式是多種多樣的。
設計膜屋面形態的基本方法有兩種：第一種方法是通過內外支承和邊界條件的自由設定得到整個建築結構的張力自平衡連續曲面，基於該方法可以設計出獨特的建築環境；第二種方法是通過標準雙曲面單元的開展和組合來獲得較大的覆蓋面。
最基本的負高斯曲面結構是高低點間隔布置、用直線或曲線相連結而成的四點鞍形曲面。以四點鞍形曲面的一個高點或低點為中心，將多個鞍形曲面按放射狀排列，可形成一個星形結構，將其按線性排列可形成高低點間隔布置的結構形態。這些只是將基本單元進行重複或局部切割等多種布置方式從而得到曲面的兩個示例。
與標準的重複擴展不同，自由曲面膜結構是動態和連續的，便其獨具魅力。它們可由幾個支承點和一些簡單單元構成，也可以是更為複雜的形式。它們可以是對稱的，也可以在任意邊界內形成。自由曲面膜結構的構件重複率較低，性能更為複雜，需要更加精細的設計。從常規建築角度看，膜結構的建築形式靈活且建築空間複雜多樣。
膜面的形態也與建築的尺寸有關。張拉膜結構需要足夠大的建築尺寸來形成其雙曲面。高低支承點所需的高差非與結構的跨度、預應力水平以及支承反力的大小有關。
建築的跨度不同對其形態要求也不同，例如四點鞍形曲面是跨度在15~20m之間最輕質高效的結構形式之一。將它套用於大跨度建築，則會使結構高度和支承反力過大，而且無法完成其作為遮蔽物的建築功能。大跨度薄膜結構需要有內部梁、桅桿等承支構件或外部懸吊的脊索、谷索、環索等內部線型結構。更大規模的建築也可採用頂部圓形支承環，此時為了保證膜面以及傳力路線的連續性，其直徑與建築的跨度之比不能過小。
建築設計方案要使其結構、外觀形態以及經濟性的多方面因素與其功能相適應。根據極小曲面原理，建築師和工程師應明白最簡單的方案往往最有效。
負高斯曲率的張力膜結構
負高斯曲率的張力膜結構正高斯曲率
正高斯曲率膜結構靠膜面內外的氣體或液體形成的壓力差成形、施加預應力和保持穩定。膜面內力與其曲率成比例，曲率半徑越大，內力越大。按照流體靜力學原理形成的結構是自然界中最的效的荷載分配體系，比如水滴和活細胞就顯示出這樣的特性，靜水壓力隨著高度而逐漸增大，從而形成曲率半徑連續變化的形狀。另外，自然大氣中的氣枕式充氣結構可以認為是均勻受力的。
正高斯曲率
正高斯曲率施加預張力
施加預張力是膜結構工程施工安裝的關鍵環節，也是整個膜結構體系抵抗外荷載做到安全可靠的重要保障。
施加預張力方案在初步設計中就應確定，在施工圖中應明確表述，在施工安裝方案中做詳細的操作策劃。
膜結構體系中的各結構部件應力求製作準確，施工安裝在嚴格的測量監控下應力求定位準確，在這一前提下，位移控制膜結構體系的預張力水平更直觀到位，力值也應基本吻合設計值。位移允許偏差±109^，可以包容製作、安裝的累積偏差。
力值控制預張力的施加水平可能會受到摩擦力等多種因素的干擾。在有代表性的施力點，抽檢力值作參考，更有利於預張力施加的控制。
