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膜结构充电桩雨棚膜面的几何要求
编辑:山东飞博膜结构工程有限公司   时间:2021-07-31

  膜结构充电桩雨棚的结构为了覆盖空间和承受荷载需要具备三个要素∶拓扑、外形以及刚度。拓扑是指其构造关系或者结构关系,结构的构件须符合一些连接要求,具有一些拓扑关系的结构还须符合外形的要求,这不但是建筑使用上的要求也是结构传力的要求,结构的外形和拓扑要素是结构的几何要素,结构需要承受荷载,因此须具有一些刚度,并不是每个几何体均能形成刚度,因此只有能形成刚度的几何体才有可能成为结构。

  张拉膜结构和其他传统结构形式较大的区别在于它所使用的结构材料。传统的建筑结构例如梁柱结构、拱结构、桁架结构等,采用的都是刚性材料,结构可以直接从材料中获得刚度。而张拉膜结构使用的结构材料是薄膜,它是一种柔性材料,只能受拉不能受压,它须达某一拓扑关系的几何造型,通过施加预应力来获得结构刚度,从而使结构具有承载能力。

  张拉膜结构充电桩雨棚需要符合几何要求便是形成负高斯曲面。在几何上,根据曲面在两主曲率方向上的曲率乘积,可将曲面分为正高斯曲面、零高斯曲面和负高斯曲面三大类。正高斯曲面上每个点的两个主曲率半径均位于曲面的同侧,如球面。零高斯曲面上每个点有一个方向的曲率为零,如柱面。负高斯曲面上每个点的的两个主曲率半径分别位于曲面的两侧,如膜结构中的鞍面和锥形面,这类曲面也称为互反曲面。

  那么为什么张拉膜结构充电桩雨棚的曲面形式须是负高斯曲面呢?假设空间有一个点要通过索来维持该点的平衡,由于索是柔性的不能受压,所以该点至少需要连接4根索,而且其中两根索需要向上弯,以承受节点受到的向下的力;另两根索向下弯,以承受节点受到的向上的力。如此类推要使一个柔性面上每个点都要保持平衡,那么这个面定然是的负高斯曲面。

  当曲面曲率较小时为了保持膜面的平衡定然需要较大的预应力,曲率较大时可以减少膜面所需的预应力,因此张拉膜结构设计中一般都要尽量避免出现扁平区域,这会造成膜面应力分布不均,难于保持结构的稳定。负高斯曲面是维持张拉膜结构稳定的基本几何要素,在此基础上对曲面施加预应力使其产生够足的刚度,符合建筑结构的要求。张拉膜结构的曲面造型与结构受力是紧密关联在一起的,是膜面内部受力情况的直接表现。

  整体了解张拉膜结构充电桩雨棚的工作原理和机制对于建筑师进行张拉膜结构设计有相当重要的意义,可以帮助建筑师在进行造型设计时进行初步判断分析,避免设计出一些不合理的膜面造型或者是根本不可能实现的形式。

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