索膜建筑的找形与工程设计

    1类锥型悬链面单元（帐篷膜单元）
    类锥型悬链面单元是由悬链线绕中心轴旋转围合而成的空间曲面，俗称帐篷膜单元。帐篷是人类早期用兽皮（膜）以***经济的材料构筑的建筑空间， 现代索膜结构延用并发展了它的构筑模式。帐篷膜 单元中心支撑杆挂起吊环，膜布嵌固于环上，周边 用***杆和地锚索固定于地面或建筑的环梁上。与 鞍型膜面相比帐篷膜易筑成封闭的空间，帐篷膜单 元更易组合成群峰膜建筑。此外，支撑膜顶的吊环 改用建在室外的桅杆与钢索吊起，室内则为便于使 用的空旷大空间。
    索膜建筑与传统刚性建筑相比易变形，在风作 用下会出现颤动，因此帐篷膜顶的吊环，无论是室内顶起或是室***起，都应设计成允许位移的构件。 帐篷膜顶的吊环上应有防水顶帽，顶帽通常又设计成通风罩。
    美国加州某教堂，高度12m，跨度26m，是一 栋典型的帐篷膜结构建筑。为使内部空间完整，它采用三支反曲拱架替代中心支撑杆。它的平面设计 巧妙地把教堂功能需求与帐篷膜外周底部的锚拉相结合，地锚分别设在三支反曲拱脚与两拱间的外沿 角平分线上。帐篷膜的高耸立面造型与天国及上帝的理念相符，内部透入和谐的日光，曲线膜面与顶部的通风窗促使底部进入的新鲜空气自然导流。
    美国新丹佛国际机场候机楼的屋盖是由17对帐篷膜单元组成，宽67m，长274m，覆盖面积约1.8万m2。其帐篷膜单元的顶帽做法，能够使其在风力作用下，允许膜顶摆动。候机楼内因保温、隔热和吸音的要求，篷膜材为双层，间距60cm候机楼的周边是玻璃幕墙，幕墙和屋顶膜结构之间用连续的充气胶管做软连接。新丹佛机场所处环境气候恶劣又是***区，近IO年的使用，表明了索膜建筑具有良好抵御灾害能力。
    2 索膜穹顶结构
    20世纪50年代，美国建筑大师富勒受自然现象启发，构筑了富勒球结构，他将这种结构解释为“压的孤岛存在于拉的海详之中”，即由不连续的系列压杆与连续的系列拉索构成整体空间球结构。美国***结构***盖格认为富勒球属于张力结构体系，体系中的拉索若无松弛则无失稳之虑，盖格依此提出了索膜穹顶空间结构体系。索膜穹顶结构一经出现，立即为国际空间结构工程界所瞩目，从汉城奥运会体操馆（跨度120m）开始，世界上百米跨度以上的体育馆建筑多数采用索膜穹顶结构设计与建造。
    佐治亚穹顶展示了索膜穹顶的构成，周边为椭圆型的受压刚性环梁，嵌固于环梁上的是环向递近的索网（上、下拉索与下环索）和竖向压杆（飞杆）组成的三角形空间网格张力体系，膜面嵌固在穹顶上部的棱形索网格上，索膜穹顶经施加预应力后成型，成型后的棱形膜面沿长向的坡度应能顺畅地排雨水。
    3 桅杆斜拉式索膜建筑
    受斜拉桥结构体系的启发，从竖起的高耸桅杆顶部用钢索拉起膜面支撑架或直接拉起膜面，可称为桅杆斜拉索建筑体系。英国泰晤士河畔的千年穹顶是典型的桅杆斜拉索膜建筑。它是由12根百米高的桅杆立在环形的钢筋混凝土地梁上，桅杆顶部向内分布的钢索拉起直径364m的圆弧面穹顶，向外的钢索嵌固在地锚上，构成整体稳定的结构。圆弧面穹顶是由弧形骨架和扇形膜面组成的，穹顶中心高50m，穹顶膜面材料为PTEE（玻璃纤维织物聚四氟乙烯涂层）。千年穹顶覆盖的面积为8万m2英国国民在此举行千年庆典，庆典结束后作为千年发展成就的展览厅。
    义乌市体育场遮阳篷（纽曼帝·莱蒙公司设计），也为桅杆斜拉索膜结构体系。体系的构成为：四根立于体育场外高6om的桅杆，桅杆顶部的内斜拉索拉起场内的主内环索，桅杆顶部有两根外拉并锚在地锚上的钢索，有骨架支撑的遮阳篷膜面在场内挂在主内环索上，膜面的另一边锚固在看台后的混凝土圈梁上。遮阳篷内环矢高40m，覆盖面积2万m2。
    4 蒙皮膜建筑
    上述索膜建筑中的膜，除了作为建筑物的组成部分（屋盖、墙体）外，它还是张力结构体系中不可缺少的部分。所以迄今为止结构工程师对索膜建筑的兴趣远超过建筑师，他们称之为索膜结构体系。蒙皮膜建筑则不在此列，膜只作为建筑构件，可忽视它的结构作用。蒙皮膜建筑的造型取决于支撑构架的造型。