膜構知識庫
一種有趣的結構形式——張拉整體索膜結構
張拉整體體系--索膜結構是近年來在國外迅速發(fā)展起來的一種新型的大跨度空間預應力張拉結構體系。這種結構由索、壓桿組成，在全張拉的索網中內嵌懸浮的壓桿，并用特制的節(jié)點連接構件，結構的表面覆蓋以特殊的材料-膜材，使得整個結構外觀十分美觀。這種結構的一大特點是可以達到超大的跨度，且自重極輕。隨著結構跨度的增大其單位面積自重的增加并不大，這也是整體張拉索膜結構的有趣所在之一。
力學特性
此類結構的力學特性與其他類型的空間結構有所不同，主要表現(xiàn)為以下幾點：（1）結構是由索和桿組成的自支撐體系，結構中受拉的索是賴以形成自支撐的單元；（2）結構是由預應力提供剛度的，預應力越大剛度也越大；（3）結構本身應力自平衡，這樣預應力才能為結構提供剛度；（4）與其它空間結構相比，結構的幾何形狀對其力學性能的影響較大；（5）在加載過程中，結構逐步調節(jié)并重新分布結構的剛度，如果單元結構中的某一根索發(fā)生松弛，結構仍能繼續(xù)承受荷載。
索穹頂結構實際上就是一種特殊的索膜結構，是一種結構效率極高的張力集成體系。其外形類似于穹頂，而主要的構件是鋼索，由始終處于張力狀態(tài)的索段構成穹頂，利用膜材作為屋面，因此被命名為索穹頂。
實例分析：
一、佐治亞穹頂
20世紀50年代，美國建筑大師富勒受自然現(xiàn)象啟發(fā)，構筑了富勒球結構，他將這種結構解釋為“壓的孤島存在于拉的海洋之中”，即由不連續(xù)的系列壓桿與連續(xù)的系列拉索構成整體空間球結構。美國著名結構專家蓋格認為富勒球屬于張力結構體系，體系中的拉索若無松弛則為失穩(wěn)之慮，蓋格依此提出了索膜穹頂空間結構體系。索膜穹頂結構一經出現(xiàn)，立即為國際空間結構工程所矚目。
佐治亞穹頂展示了索膜穹頂的構成，周邊為橢圓形的受壓剛性環(huán)梁，嵌固于環(huán)梁上的是環(huán)向遞近的索網(上、下拉索與下環(huán)索)和豎向壓桿(飛桿)組成的三角形空間網格張力體系，膜面嵌固在穹頂上部的棱形索網格上，索膜穹頂經施加預應力后成型，成型后的棱形膜面沿長向的坡度應能順暢地排水。
二、漢城奧林匹克運動場
世界上第一個穹頂結構建筑師1988年漢城奧運會體育館，該館是個多功能體育館，能容納15000個觀眾。其屋蓋結構是一個較為典型的Geiger體系索穹頂結構，形狀為圓形，由16榀輻射狀索桁架構構成，直徑為129米，屋面膜材覆蓋面積為11310平方米。
三、天津理工大學體育館
天津理工大學體育館是第十三屆全國運動會的競賽場館之一，體育館為地上3層，下部結構采用鋼筋混凝土框架，屋蓋采用索穹頂結構。屋蓋平面為橢圓形，長軸長102m，短軸長82m。屋蓋周圈支承于柱頂的混凝土環(huán)梁，周圈柱頂不等高，使環(huán)梁呈馬鞍形，短軸高長軸低，高差為5.59m。屋面最高點標高30.95m。根據建筑外形環(huán)梁為內高外低，寬度隨建筑外形變化，短軸兩端最寬處為6.84m，長軸兩端最窄為4.96m。
為了便于設定初始預應力，同時能夠適應橢圓馬鞍形的邊間，本工程采用了最外圈為Levy式，內圈為Geiger的結構體系，即最外圈撐桿節(jié)上下點與環(huán)梁間連接兩根脊索和兩根斜索，內圈撐桿上下節(jié)點間只連接一根脊索和一根斜索。
體育館屋面采用膜材和金屬屋面板兩種材料，屋蓋中部葉片狀部分采用膜結構屋面，其余部分采用金屬屋面。膜材屋面部分整體突出于屋面，其與金屬屋面間設置豎直的天窗。為了鋪設金屬屋面，在拉索節(jié)點間設置了主次檁體系；在屋面中部設置了天窗柱和屋面梁組成的屋面體系，實現(xiàn)了建筑功能的要求。