4. Cấu trúc cáp-màng - Tiên phong linh hoạt trong mô hình kiến trúc

SHệ thống Thành phần and Nguyên lý chịu lực
Được cấu tạo từ cáp kết cấu thép cường độ cao (φ12-φ100), vật liệu màng căng (màng PTFE/màng ETFE) và kết cấu thép đỡ (cột/dầm tròn), tạo thành hình dạng hyperbol ổn định thông qua quá trình căng trước. Vật liệu màng chỉ dày 0,5-1,5mm, trọng lượng riêng dưới 1kg/m², nhưng cường độ kéo có thể đạt 50-150MPa. Kết hợp với lưới cáp, nó có thể đạt được nhịp không cần đỡ hơn 200 mét.

Các lĩnh vực ứng dụng sáng tạo
Kiến trúc cảnh quan: kết cấu thép Mái che sân vận động (như mái che nắng của Sân vận động Thượng Hải), mái che quảng trường thương mại.
Kiến trúc sinh thái: kết cấu thép Nhà kính vườn thực vật (Dự án Eden tại Vương quốc Anh), sử dụng màng ETFE có khả năng truyền sáng cao (95%) để đạt được ánh sáng tự nhiên.
Các công trình tạm thời: kết cấu thép Các phòng triển lãm lớn (Nhà triển lãm quốc gia của World Expo), có thể tháo rời và tái sử dụng (tuổi thọ của vật liệu màng: 15-30 năm).

Những cân nhắc cốt lõi khi lựa chọn
Lựa chọn vật liệu màng: Màng PTFE (tự làm sạch, khả năng chống chịu thời tiết tốt) phù hợp với các công trình kết cấu thép cố định; màng PE (tiết kiệm chi phí) phù hợp với các công trình tạm thời.
Điều kiện tải: Cần kiểm tra ứng suất bề mặt màng trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt (khu vực bão cần chịu được áp suất gió 1,2kPa, khu vực tuyết cần chịu được tải trọng tuyết 1,0kPa).
Thiết kế định hình: Xác định độ cong bề mặt màng thông qua mô hình 3D, đảm bảo độ dốc thoát nước ≥5% để tránh nước tích tụ tạo thành túi nước ".

5. Kết cấu giàn ống - Một đối tác xuyên biên giới trong ngành công nghiệp và cầu

Đặc điểm cấu trúc và ưu điểm của vật liệu
Sử dụng ống thép tròn (ống thép liền mạch/ống thép nối thẳng) được kết nối bằng mối hàn giao nhau (kết cấu thép giao nhau trực tiếp và cắt các cấu kiện) hoặc tấm gusset, tạo thành hệ thống chịu lực kiểu giàn. Độ cứng uốn của tiết diện ống thép cao hơn 30%-50% so với thép hình chữ H, và tiết diện kín có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời (tuổi thọ lên đến 50 năm sau khi mạ kẽm), đặc biệt phù hợp với môi trường ẩm ướt/ăn mòn.

Các kịch bản ứng dụng đa dạng
Nhà xưởng công nghiệp: Mái nhà xưởng kết cấu thép máy móc hạng nặng (dài 40-60m), có khả năng chịu tải trọng treo trên 30 tấn.
Kỹ thuật cầu: Cầu kết cấu thép giàn đường cao tốc (như cầu Vũ Hán Gutian), có nhịp cầu lên tới 150 mét, nhẹ hơn 60% so với cầu bê tông.
Tòa nhà triển lãm: Các sảnh triển lãm có kết cấu thép nhịp lớn (Nhà triển lãm Canton Fair), đạt được tính thẩm mỹ tuyến tính đơn giản với hệ thống giàn ống hình chữ nhật.

Thông số kỹ thuật để lựa chọn
Hình dạng giàn: Giàn tam giác cho nhịp ngắn (<30 mét), giàn hình thang cho nhịp trung bình và giàn dây cung song song cho nhịp dài (tạo điều kiện chuẩn hóa nút).
Bố trí thành viên web: Chiều dài tấm nên được kiểm soát trong phạm vi 1,5-3 mét để tránh tỷ lệ mảnh quá mức của các thành viên (thành viên nén λ≤150, thành viên kéo λ≤300).
Công nghệ mối nối: Các mối nối giao nhau cần được gia công bằng máy cắt đường giao nhau CNC và góc giữa ống nhánh và ống chính phải ≥30° để đảm bảo chất lượng hàn.

Quyết định lựa chọn năm bước - Hướng dẫn thực tế cho người mới bắt đầu

Làm rõ các mức độ khoảng cách:
Nhịp cầu nhỏ (<30 mét): Khung cổng kết cấu thép nhẹ (ưu tiên tính kinh tế).
Nhịp cầu trung bình (30-60 mét): Khung thép/dàn ống (cân bằng giữa chức năng và chi phí).
Khoảng cách lớn (>60 mét): Kết cấu lưới thép/cáp-màng (chủ yếu dựa vào hiệu suất không gian).

Phân tích đặc tính tải:
Tải trọng tĩnh chiếm ưu thế (tải trọng mái): Ưu tiên cho lưới/giàn.
Tải trọng động chiếm ưu thế (cần cẩu/động đất): Ưu tiên khung thép (độ dẻo tốt).
Nhạy cảm với tải trọng gió/tuyết: Kết cấu thép màng cáp cần được gia cố thiết kế ứng suất trước.

Chức năng xây dựng trận đấu:
Yêu cầu về vách ngăn linh hoạt: Khung thép (dầm và cột nhỏ, sử dụng không gian cao).
Yêu cầu về độ trong suốt: kết cấu thép Kết cấu cáp-màng (độ truyền sáng của vật liệu màng tùy chọn 20%-90%).
Thiết bị chịu lực nặng: kết cấu thép Dàn ống (ưu điểm độ cứng cao).

Xem xét các điều kiện xây dựng:
Tỷ lệ chế tạo sẵn tại nhà máy: Lưới hình cầu bu lông (80% chế tạo tại nhà máy) phù hợp cho việc xây dựng kết cấu thép chế tạo sẵn.
Khả năng nâng hạ tại chỗ: Các thành phần siêu lớn (như giàn kết cấu thép 50 tấn) cần đến cần cẩu 500 tấn.

Cân bằng các chỉ số kinh tế:
Đơn giá tham khảo: Khung cổng thép nhẹ (800-1200 nhân dân tệ/㎡) < khung thép (1500-2500 nhân dân tệ/㎡) < giàn ống (2000-3000 nhân dân tệ/㎡) < lưới thép (2500-4000 nhân dân tệ/㎡) < kết cấu thép màng cáp (3000-8000 nhân dân tệ/㎡).

Sức hấp dẫn của kết cấu thép nằm ở sự thống nhất hoàn hảo giữa lực và hình dạng - các hình dạng kết cấu thép khác nhau không chỉ là sản phẩm của các quy luật cơ học mà còn là vật chất của sự sáng tạo kiến trúc. Người mới bắt đầu nên nhớ rằng: không có kết cấu thép tốt nhất, chỉ có kết cấu phù hợp nhất. Thông qua sự kết hợp ba chiều giữa nhịp, tải trọng và chức năng, kết hợp với điều kiện xây dựng và các chỉ số kinh tế, các quyết định khoa học có thể được đưa ra trong các dự án thực tế.