Подвесные системы натяжения построены с элементами, пытающимися тянуть. Однако конструкция не состоит полностью из элементов, которые пытаются тянуть. Нагрузки, возникающие на поверхности мембраны, передаются на несущие элементы, такие как стойки, балки и арки, которые пытаются изгибаться. Конструкционные системы с натяжной мембраной отличаются от традиционных конструкционных систем формой, материалом и конструктивными характеристиками. Системы эластичных мембранных конструкций демонстрируют большую деформацию под нагрузкой. Чтобы исключить разрушительное воздействие этой деформации, существуют принципы, характерные для систем натяжения, которые необходимо соблюдать на этапе проектирования.
Считается, что в отличие от обычных конструкционных материалов конструкционные мембраны не обладают жесткостью на изгиб и сжатие. Единственное несущее свойство структурных мембран — прочность на разрыв. Как можно использовать материал с весом примерно 1 кг / м2 и толщиной 1 мм, не обладающим особой жесткостью, кроме прочности на разрыв, в качестве материала, устойчивого к ветровым и снеговым нагрузкам? Ответ на вопрос основан на двух фундаментальных взаимосвязанных принципах, которые делают возможными системы строительства натяжных мембран. Эти два основных принципа — форма и предвзятость.
Форма
Основная форма структурных систем натяжных мембран — антикластическая поверхность с противоположной двойной кривизной. Эта форма является структурной необходимостью, когда мы стремимся к поверхности, которая будет выдерживать снеговые и ветровые нагрузки. Противоположная поверхность с двойной кривизной, образующая форму мембранной структуры, имеет не просто геометрическую форму, а является результатом физического состояния равновесия, в котором все точки, образующие поверхность, находятся в равновесии. Примером такой формы является создание минимальных поверхностей в трехмерном проволочном каркасе с использованием мыльной воды. Отправная точка формы — это не эстетические или визуальные соображения, а основывается на имитации природы в структурном смысле.
предвзятость
Процесс получения структурной поверхности, состоящей из противоположных изгибов, называется поиском формы. Во время этого процесса двумя основными факторами, определяющими форму, являются условия окружающей среды и сила натяжения, приложенная к поверхности. Условия окружающей среды — это точки опоры и краевые элементы. Обновление созданной формы может быть достигнуто за счет изменения условий окружающей среды и величины растягивающего усилия, прилагаемого к поверхности. Растягивающая сила, прикладываемая к поверхности, обычно различается в зависимости от направления поверхности мембраны.
Во время сборки к поверхности прикладывается смещение с учетом растягивающего усилия, которое формирует поверхность на этапе определения формы. Благодаря этому смещению поверхность мембраны достигает геометрии, полученной на этапе поиска формы.
Смещение достигается за счет механического растяжения поверхности мембраны. Натяжение применяется с растягивающей силой в угловых точках системы, окруженной веревками. Поскольку поверхность мембраны вогнута по краям, тянущая сила, прикладываемая к канатам, заставляет мембрану растягиваться вдоль краевого каната. Напряжение на поверхности мембраны, оканчивающейся канатами, вызвано осевой силой натяжения канатов. Существует взаимосвязь между тяговым усилием, прилагаемым к веревке, и глубиной краевой пружины на поверхности мембраны. Целевое поверхностное смещение может быть достигнуто с большей силой в системе с малой глубиной пружины.