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    膜結構充電樁雨棚膜面的幾何要求
    編輯:山東飛博膜結構工程有限公司   時間:2021-07-31

    ?  膜結構充電樁雨棚的結構為了覆蓋空間和承受荷載需要具備三個要素∶拓撲、外形以及剛度。拓撲是指其構造關系或者結構關系,結構的構件須符合一些連接要求,具有一些拓撲關系的結構還須符合外形的要求,這不但是建筑使用上的要求也是結構傳力的要求,結構的外形和拓撲要素是結構的幾何要素,結構需要承受荷載,因此須具有一些剛度,并不是每個幾何體均能形成剛度,因此只有能形成剛度的幾何體才有可能成為結構。

      張拉膜結構和其他傳統結構形式較大的區別在于它所使用的結構材料。傳統的建筑結構例如梁柱結構、拱結構、桁架結構等,采用的都是剛性材料,結構可以直接從材料中獲得剛度。而張拉膜結構使用的結構材料是薄膜,它是一種柔性材料,只能受拉不能受壓,它須達某一拓撲關系的幾何造型,通過施加預應力來獲得結構剛度,從而使結構具有承載能力。

      張拉膜結構充電樁雨棚需要符合幾何要求便是形成負高斯曲面。在幾何上,根據曲面在兩主曲率方向上的曲率乘積,可將曲面分為正高斯曲面、零高斯曲面和負高斯曲面三大類。正高斯曲面上每個點的兩個主曲率半徑均位于曲面的同側,如球面。零高斯曲面上每個點有一個方向的曲率為零,如柱面。負高斯曲面上每個點的的兩個主曲率半徑分別位于曲面的兩側,如膜結構中的鞍面和錐形面,這類曲面也稱為互反曲面。

      那么為什么張拉膜結構充電樁雨棚的曲面形式須是負高斯曲面呢?假設空間有一個點要通過索來維持該點的平衡,由于索是柔性的不能受壓,所以該點至少需要連接4根索,而且其中兩根索需要向上彎,以承受節點受到的向下的力;另兩根索向下彎,以承受節點受到的向上的力。如此類推要使一個柔性面上每個點都要保持平衡,那么這個面定然是的負高斯曲面。

      當曲面曲率較小時為了保持膜面的平衡定然需要較大的預應力,曲率較大時可以減少膜面所需的預應力,因此張拉膜結構設計中一般都要盡量避免出現扁平區域,這會造成膜面應力分布不均,難于保持結構的穩定。負高斯曲面是維持張拉膜結構穩定的基本幾何要素,在此基礎上對曲面施加預應力使其產生夠足的剛度,符合建筑結構的要求。張拉膜結構的曲面造型與結構受力是緊密關聯在一起的,是膜面內部受力情況的直接表現。

      整體了解張拉膜結構充電樁雨棚的工作原理和機制對于建筑師進行張拉膜結構設計有相當重要的意義,可以幫助建筑師在進行造型設計時進行初步判斷分析,避免設計出一些不合理的膜面造型或者是根本不可能實現的形式。

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