膜结构的形态有哪几种？

膜结构的形态有哪几种？

膜结构的形态是多种多样的。从其基本构成来看，绝大多数是由伞形、脊谷式、鞍形和拱支式这四种基本形状演变而来的。深入剖析这四种典型结构形式的曲面构成和力学特点，有助于增进对膜结构中形与力的认识。

1.伞形（conical shape）

伞形膜结构也是常见的张拉膜结构形式之一。这种结构形式的特点在于，膜单元的周边相对位置较低，多固定在刚性边梁或柔性边索上；在膜单元的中部设有一个或多个高点，多通过独立柱、飞柱或悬挂环的支承来实现；整个膜面呈锥形（如图 5 所示）。为了避免在高点附近的膜材内部应力过大，当膜单元跨度较大时，可在高点和边界支承点之间设置脊索，以改变结构内部的传力路径，避免膜材出现应力集中。伞形曲面还可以倒置应用于工程中。

2.脊谷式（wave shape）

脊谷式膜结构是在两高点之间布置相互平行的脊索、在两低点之间布置谷索，高低相间，曲面呈波浪形；脊索和谷索之间的膜面形成负高斯曲率曲面。当结构跨度较大或荷载较大时，还可在脊索和谷索之间适当布置一些横向的加强索。脊谷式膜结构的结构平面多呈矩形。

3.鞍形（saddle shape）

鞍形曲面由四个不共面的角点和连接角点的边缘构件围合而成，是典型的互反曲面形式。在这四个角点中，通常有两个对角点为高点(HP)，另两个为低点(LP)。鞍形膜结构的边缘构件可以是混凝土梁或空间钢桁架，即形成所谓的刚性边界；也可以采用边索，通过对其施加较大的预张力形成柔性边界。由于柔性边界可以较好地适应膜面的变形，避免膜面在安装和受荷过程中出现褶皱，因而较为常用。

对于菱形平面的鞍形膜结构，可定义两对角点间的水平距离 L 为跨度，高点（或低点）与跨中点间的高差f 为矢高，f / L为矢跨比（如图 4b所示）。矢跨比是控制鞍形曲面形状的重要参数。矢跨比越大，膜面曲率越大，结构刚度就越好；通常矢跨比在 1/ 8～1/ 12之间。

鞍形膜结构的适用跨度较小，一般多用于膜结构小品中。

4.拱支式（arch supported shape）

拱支式膜结构以拱为膜材提供连续的支承点，结构平面多为圆形或近似椭圆形。当跨度较大时，常在中间拱与下部边缘构件之间布置正交索网。拱支式膜结构多用于封闭式建筑中，如加拿大加尔格里的林赛公园体育中心(Li ndsay Park Sport s Cent er)就是典型的拱支式膜结构。

尽管上述四种基本形式的造型各不相同，但都遵循一个原则，即要通过刚性支承构件或连接件在膜面内形成一系列的高点和低点；这正是互反曲面的基本特征，即互反曲面的边界不会位于同一平面内。把握了这一原则，在实际设计中就可以根据支承构件的形式（桅杆、拱或吊环）及其对膜的支承方式（点支承或线支承），来选取适当的膜结构造型形式。

实际膜结构的形状远非如此简单，甚至可以说是鲜有雷同；即便是这四种基本形式本身也可以有多种多样的变形。在实际设计时，切不可以拘泥于其中，而应把握膜结构自然、流畅的精髓，创造出更多的新颖、别致的膜结构作品。