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膜結構節點細部設計原則有哪些

2020-04-26

  膜結構節點細部設計原則有哪些?

  節點細部設計是膜結構工程設計最重要技術環節,不僅影響膜建築整體與局部建築藝術性,且影響構件製作、安裝、結構受力安全、造價等。連接節點構造設計充分體現了膜結構設計的美學、專業性、綜合性與精密技術性,可以說是膜結構設計的靈魂。

  膜結構節點具體形式紛繁複雜,十分豐富。根據膜作用與連接關係,可分為膜節點( Fabric-to-Fabric)、膜與剛性邊界(Fabric-to-Rigid-Edge)、膜與柔性邊界索( Fabric-to-Cable);根據節點位置與構造形式,可分為頂點(高或低點)、脊線、穀線、角隅節點等。

  下麵將先介紹節點設計一般原則,然後詳細介紹膜結構的常用節點形式、特點及其設計。

  1、一般設計原則

  個性化膜建築與節點細部永遠為設計師所推崇,但節點細部設計仍遵循一定的普遍設計思想。個性化設計衍生於共性的一般原則,基於共性原則創造個性設計。

  節點設計共性原則主要包括:結構設計、建築設計、幾何設計、材料與製作工藝、安裝與維護、預張力導入機製、造價控製等。

  (1)結構設計

  任何連接節點應傳力路徑直接、簡潔,有效傳遞內力,具有與運動協調的約束機製,同時具有足夠結構強度,符合“強節點”思想,節點一般不先於結構構件破壞,以及必要的贅餘度。高(低)點、角隅節點膜應力集中效應大,節點細部須可靠擴散並傳遞應力。氣承式、氣囊式膜特殊節點須滿足氣密性。

  (2)建築設計

  節點設計與膜建築總體設計協調,選擇相適應的材料與工藝,同時滿足不同建築環境的防腐、防水要求。至於節點美觀是無論如何重視都不過分,任何節點設計都應放到特定局部與整體環境,以唯美去審視、思量,如連接件的光滑精美外形、力流的連續流暢、對稱與平衡、輕靈簡潔性等。

  (3)幾何設計精細的幾何設計對膜結構連接節點尤為重要。首先仔細分析清楚連接節點的幾何關係,如空間幾何、連接與約束、定位;然後考慮膜曲麵平滑協調連接、必要的尺寸和空間,以及節點體量與整體比例。

  (4)材料與製作工藝

  如果說其他因素主要體現設計者的智慧和思想,材料與製作工藝則主要依據膜建築的總體定位選擇,對造價有直接影響。現在主要材料為鋼材( Q235、Q275、Q345、20號)、不鏽鋼(304、316、316L)、鋁合金(ASTM A60/61、

  LD30/LD31)、複合材料。鋼節點成形工藝可采用焊接、鍛造、鑄造,鋁合金節點由模具擠塑成形,聚酯節點由模具合成等。

  (5)安裝與維護

  連接節點應便於膜、索安裝定位,壓板與二次膜安裝,有效引入膜張力,以及必要的調節機製,便於維護或更換。另外,對重要的公共膜建築,設計必要的維護、清洗設施。

  (6)造價與預算

  節點設計必須基於成本預算,采用經濟合理的設計手法。不同膜結構體係、節點體係、材料、製作工藝,造價差異較大,如為工程造價5%—15%。

  節點設計的一般原則需要在不斷的設計實踐中去認識、領悟,由豐富的個體感性認識逐漸升華為總體的理性原則,在理性原則指導下去設計。