张拉膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。恰由于此,膜结构认为用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。张拉膜结构和传统建筑材料的区别在哪里?
以下就是张拉膜结构的特性:
1.轻质:张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多,但却具有良好的稳定性。建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件,将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。
2.透光性:透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。膜材的透光性可以为建筑提供所需的照度,这对于建筑节能十分重要。对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。通过自然采光与人工采光的综合利用,膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。夜晚,透光性将膜结构变成了光的雕塑。
膜材透光性是由它的基层纤维、涂层及其颜色所决定的。标准膜材的光谱透射比在10%~20%之间,有的膜材的光谱透射比可以达到40%,而有的膜材则是不透光的。膜材的透光性及对光色的选择可以通过涂层的颜色或是面层颜色来调节。
通过膜材和透光保温材料的适当组合,可以使含保温层的多层膜具有透光性。即使光谱透射只有几个百分点,膜屋面对于人眼来说依然是发亮和透光的,具有轻型屋面的观感。
3.柔性:张拉膜结构不是刚性的,其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。膜结构通过变形来适应外荷载,在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小,直至能更有效抵抗该荷载。
张拉结构的灵活性使其可以产生很大的位移而不发生永久性变形。膜材料的弹性特性和预应力水平决定了膜结构的变形和响应。适应大自然灵活多变的特点,可以激发人们的建筑设计灵感。
不同膜材料的柔韧性程序也不同。一些膜材料具有极好的柔韧性,不会因折叠而产生脆化或损坏。这些材料是有效实现可移动和可展开结构的基础和前提。
4.雕塑感:张拉膜结构独特的曲面形状使其具有强烈的雕塑感。
膜表面通过张力实现自我平衡。负高斯膜的起伏有一种平衡感,这使得更大的结构看起来像漂浮在天地之间,没有重力的束缚。无论是室内还是室外,这种雕塑感都令人兴奋。
张拉膜结构使建筑师能够设计各种张力自平衡、复杂而生动的空间形式。一天之内,随着光线的变化,雕塑膜结构通过光线和阴影呈现出不同的形式。在日出和日落时,低入射角的光线将突出屋顶的曲率和浮雕效果。当太阳处于最远点时,
膜结构的流线型边界在地面上投射出一个弯曲的阴影。利用膜材料的透光和反射,设计的人工光也可以使膜结构成为光雕塑。
5.安全性:根据现行国家规范和指南设计的轻型张力膜结构具有足够的安全性。轻型结构在地震等水平荷载作用下能保持良好的稳定性。
由于轻型结构重量轻,即使发生意外倒塌,其风险也比传统建筑结构小。当膜结构被撕裂时,
如果结构布置能够确保桅杆和横梁等刚性支撑构件不会倒塌,其风险将更小。
膜结构的柔性使其在任何载荷下都能承受最有利的形状。当然,结构的布局和形状应该根据荷载进行设计和调整。设计应确保膜表面与其附属结构协调工作,以避免膜表面或附属结构上的力集中,并达到结构损坏的临界值。