4. Кабельно-мембранная конструкция — гибкий пионер в архитектурном моделировании

ССостав системы aПринцип несущей силы
Состоит из высокопрочных стальных тросов (φ12–φ100), натяжных мембранных материалов (мембрана ПТФЭ/ЭТФЭ) и опорных стальных конструкций (мачты/круглые балки), образующих устойчивую гиперболоидную форму за счет предварительного натяжения. Толщина мембранного материала составляет всего 0,5–1,5 мм, собственный вес — менее 1 кг/м2, но его прочность на разрыв может достигать 50–150 МПа. В сочетании с тросовой сетью он позволяет создавать безопорные пролеты длиной более 200 метров.

Инновационные области применения
Ландшафтная архитектура: стальные конструкции, навесы для стадионов (например, солнцезащитный козырек на Шанхайском стадионе), навесы для коммерческих площадей.
Экологическая архитектура: стальные конструкции теплиц ботанического сада (проект «Эдем» в Великобритании), использующие высокую светопропускаемость (95%) мембран ЭТФЭ для достижения естественного освещения.
Временные здания: стальные конструкции Крупные выставочные залы (Национальные павильоны Всемирной выставки), сборно-разборные и многоразовые (срок службы мембранного материала: 15-30 лет).

Основные соображения при выборе
Выбор материала мембраны: мембраны из ПТФЭ (самоочищающиеся, с высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям) подходят для постоянных зданий со стальными конструкциями; мембраны из ПЭ (экономичные) подходят для временных сооружений.
Условия нагрузки: необходимо проверить поверхностное напряжение мембраны в экстремальных погодных условиях (районы, подверженные тайфунам, должны выдерживать давление ветра 1,2 кПа, районы со снегом должны выдерживать снеговую нагрузку 1,0 кПа).
Проектирование с учетом формы: Определите кривизну поверхности мембраны с помощью 3D-моделирования, обеспечив уклон дренажа ≥5%, чтобы избежать накопления воды, образуя водные карманы.

5. Трубчатая ферменная конструкция — трансграничный игрок в промышленности и мостостроении

Структурные характеристики и преимущества материала
Применение круглых стальных труб (бесшовных/прямошовных стальных конструкций), соединенных перекрестными сварными швами (прямое пересечение и разрез элементов стальных конструкций) или косынками, образует силовую систему ферменного типа. Изгибная жесткость стального трубного профиля на 30–50% выше, чем у двутаврового профиля, а замкнутое сечение обладает превосходными антикоррозионными свойствами (срок службы до 50 лет после оцинкования), что делает его особенно подходящим для эксплуатации во влажных/коррозионных средах.

Разнообразные сценарии применения
Промышленные цеха: Крыши заводов по производству металлоконструкций тяжелого машиностроения (пролет 40-60 метров), способные выдерживать подвешенные грузы массой более 30 тонн.
Мостостроение: Стальные ферменные конструкции мостов для автомагистралей (например, мост Ухань Гутянь) с пролетом до 150 метров, на 60% легче бетонных мостов.
Выставочные здания: Большепролетные стальные конструкции выставочных залов (Павильон Кантонской ярмарки), простая линейная эстетика достигается за счет ферм из прямоугольных труб.

Технические условия для отбора
Форма фермы: треугольные фермы для коротких пролетов (<30 метров), трапециевидные фермы для средних пролетов и фермы с параллельными поясами для длинных пролетов (что облегчает стандартизацию узлов).
Расположение элементов сетки: Длина панели должна контролироваться в пределах 1,5-3 метров, чтобы избежать чрезмерной гибкости элементов (элементы сжатия λ≤150, элементы растяжения λ≤300).
Технология стыков: Пересекающиеся стыки необходимо обрабатывать на станках с ЧПУ для резки пересекающихся линий, а угол между отводами и основными трубами должен быть ≥30° для обеспечения качества сварки.

Пятиэтапное решение о выборе — практическое руководство для начинающих

Уточните оценки диапазона:
Малый пролет (<30 метров): Легкие стальные конструкции портального каркаса (приоритет экономии).
Средний пролет (30–60 метров): стальной каркас/трубчатая ферма (баланс между функциональностью и стоимостью).
Большой пролет (60 метров): Стальные конструкции решетчатой/канатно-мембранной конструкции (преобладают пространственные характеристики).

Анализ характеристик нагрузки:
Преобладающая статическая нагрузка (нагрузка от крыши): приоритет решетке/ферме.
Преобладающая динамическая нагрузка (кран/землетрясение): приоритет стальному каркасу (хорошая пластичность).
Чувствительные к ветровой/снеговой нагрузке: кабельно-мембранные стальные конструкции требуют усиления конструкции преднапряжения.

Функции построения спичек:
Требования к гибким перегородкам: Стальной каркас (небольшие сечения балок и колонн, эффективное использование пространства).
Требования к визуальной прозрачности: стальные конструкции Кабельно-мембранная конструкция (светопропускание мембранного материала опционально 20%-90%).
Несущая конструкция тяжелого оборудования: стальные конструкции Трубчатая ферма (преимущество высокой жесткости).

Учитывайте условия строительства:
Степень заводской готовности: Сферические сетки с болтовыми соединениями (80% заводской обработки) подходят для строительства сборных стальных конструкций.
Грузоподъемность на месте: Для сверхкрупных компонентов (например, 50-тонных ферменных стальных конструкций) требуются 500-тонные краны.

Балансовые экономические показатели:
Ориентировочная стоимость единицы продукции: Легкая стальная портальная рама (800–1200 юаней/м2) < стальной каркас (1500–2500 юаней/м2) < трубчатая ферма (2000–3000 юаней/м2) < стальная решетка (2500–4000 юаней/м2) < кабельно-мембранные стальные конструкции (3000–8000 юаней/м2).

Прелесть стальных конструкций заключается в идеальном единстве силы и формы – различные формы стальных конструкций – это не только продукты механических законов, но и носители архитектурного творчества. Новичкам следует помнить: не существует идеальной стальной конструкции, есть только наиболее подходящая. Благодаря трёхмерному сопоставлению пролётов, нагрузок и функций, а также условиям строительства и экономическим показателям, научные решения могут быть приняты в реальных проектах.