圖a為基于短程線穹頂構(gòu)造的張拉整體結(jié)構(gòu),等份頻數(shù)為6。圖b為四面體構(gòu)成的張拉單元,內(nèi)部為張拉球體?;趶埨w概念,可以構(gòu)造球面、圓柱面、平板、伸展臂(Mast)桁架空間結(jié)構(gòu)體系。
(a)20面體張拉結(jié)構(gòu)(Icosahedron) (b)四面體張拉單元(Tetrahedron)
如果膜面是張拉整體的拉力桿件,或者膜與張拉整體體系結(jié)合作為次級結(jié)構(gòu)或覆蓋體系,在此都稱為張拉整體膜結(jié)構(gòu)。氣囊式膜也可以理解為特定的張拉整體體系,受拉是連續(xù)的膜面,受壓是內(nèi)部非連續(xù)的氣體分子(宏觀指氣體)。
張拉整體的索穹頂(Cable Dome)與膜得到了完美的結(jié)合,形成了特殊形式的膜結(jié)構(gòu)體系,膜的輕量、張力、柔性特征充分體現(xiàn)了連續(xù)拉桿、局部壓桿,但它不是一個(gè)獨(dú)立自平衡穩(wěn)定體系,必須依靠連續(xù)強(qiáng)大的壓桿(圈梁)來抵抗拉力。
Geiger體系徑向脊索、環(huán)索、斜索與壓桿和剛性邊界構(gòu)成對稱平面索張力桁架體系,一般加谷索使膜面形成具有負(fù)高斯曲率的脊谷形,從而使膜、谷索構(gòu)成次級結(jié)構(gòu)體系,如圖2.5,用剛性屋面可構(gòu)成理想球面穹頂。Levy發(fā)展為三角形網(wǎng)格體系,具有更大剛度和整體穩(wěn)定性,但節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜,安裝技術(shù)要求高,如亞特蘭大Georgia Dome。
(a)紅鳥競技場 (b)桃園競技場
膜結(jié)構(gòu)體系是隨著人們對膜結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)程度的不斷深入而逐漸發(fā)展完善起來的。選擇或創(chuàng)造合理的膜結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)膜結(jié)構(gòu)建筑時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題。膜結(jié)構(gòu)體系不僅要滿足結(jié)構(gòu)受力的要求,還要能滿足工程使用、建筑空間和建筑外觀的要求,達(dá)到建筑與結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一。隨著人們對膜結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)程度的不斷深入,新的膜結(jié)構(gòu)體系還將不斷出現(xiàn),創(chuàng)造新的膜結(jié)構(gòu)體系并應(yīng)用于工程實(shí)際,具有非常重要的積極意義。