4. Struktur Kabel-Membran - Pelopor Fleksibel dalam Pemodelan Arsitektur

SKomposisi Sistem aPrinsip Penahan Gaya
Terdiri dari kabel struktur baja berkekuatan tinggi (φ12-φ100), material membran bertegangan (membran PTFE/membran ETFE), dan struktur baja pendukung (tiang/balok melingkar), membentuk bentuk hiperboloid yang stabil melalui pra-penegangan. Material membran hanya setebal 0,5-1,5 mm, dengan berat sendiri kurang dari 1 kg/㎡, tetapi kekuatan tariknya dapat mencapai 50-150 MPa. Dengan bekerja sama dengan jaring kabel, membran ini dapat mencapai bentang tanpa penopang lebih dari 200 meter.

Bidang Aplikasi Inovatif
Arsitektur lanskap: struktur baja Kanopi stadion (seperti peneduh matahari Stadion Shanghai), kanopi plaza komersial.
Arsitektur ekologis: struktur baja Rumah kaca kebun raya (Proyek Eden di Inggris), memanfaatkan transmisi cahaya tinggi (95%) dari membran ETFE untuk mencapai pencahayaan alami.
Bangunan sementara: struktur baja Aula pameran besar (Paviliun Nasional World Expo), dapat dilepas dan digunakan kembali (masa pakai bahan membran: 15-30 tahun).

Pertimbangan Inti untuk Pemilihan
Pemilihan material membran: Membran PTFE (membersihkan sendiri, ketahanan cuaca yang kuat) cocok untuk bangunan struktur baja permanen; membran PE (hemat biaya) cocok untuk fasilitas sementara.
Kondisi beban: Tegangan permukaan membran pada cuaca ekstrem harus diperiksa (daerah topan perlu menahan tekanan angin 1,2kPa, daerah bersalju memerlukan beban salju 1,0kPa).
Desain penentuan bentuk: Tentukan kelengkungan permukaan membran melalui pemodelan 3D, pastikan kemiringan drainase ≥5% untuk menghindari akumulasi air yang membentuk kantong-kantong air.

5. Struktur Rangka Pipa - Pemain Lintas Batas dalam Industri dan Jembatan

Karakteristik Struktural dan Keunggulan Material
Mengadopsi pipa baja melingkar (pipa baja seamless/pipa lurus seam) yang dihubungkan dengan sambungan las berpotongan (perpotongan dan pemotongan langsung antar komponen struktur baja) atau pelat gusset, membentuk sistem penahan gaya tipe rangka. Kekakuan lentur penampang pipa baja 30%-50% lebih tinggi daripada baja berpenampang H, dan penampang tertutupnya memiliki kinerja anti-korosi yang sangat baik (masa pakai hingga 50 tahun setelah galvanisasi), sehingga sangat cocok untuk lingkungan lembap/korosif.

Skenario Aplikasi yang Beragam
Bengkel industri: Atap pabrik struktur baja mesin berat (bentang 40-60 meter), mampu menahan beban gantung lebih dari 30 ton.
Rekayasa jembatan: Jembatan struktur baja rangka jalan raya (seperti Jembatan Wuhan Gutian), dengan bentang hingga 150 meter, 60% lebih ringan dari jembatan beton.
Bangunan pameran: Aula pameran struktur baja bentang besar (Paviliun Canton Fair), mencapai estetika linier sederhana dengan rangka pipa persegi panjang.

Spesifikasi Teknis untuk Seleksi
Bentuk rangka: rangka segitiga untuk bentang pendek (<30 meter), rangka trapesium untuk bentang sedang, dan rangka tali busur sejajar untuk bentang panjang (memfasilitasi standarisasi simpul).
Penataan anggota web: Panjang panel harus dikontrol dalam kisaran 1,5-3 meter untuk menghindari rasio kelangsingan anggota yang berlebihan (anggota tekan λ≤150, anggota tarik λ≤300).
Teknologi sambungan: Sambungan yang berpotongan perlu diproses dengan mesin pemotong garis persimpangan CNC, dan sudut antara pipa cabang dan pipa utama harus ≥30° untuk memastikan kualitas pengelasan.

Keputusan Seleksi Lima Langkah - Panduan Praktis untuk Pemula

Memperjelas tingkatan rentang:
Bentang kecil (<30 meter): Rangka portal struktur baja ringan (prioritas ekonomi).
Bentang sedang (30-60 meter): Rangka baja/rangka pipa (keseimbangan antara fungsi dan biaya).
Bentang besar (>60 meter): Struktur baja struktur kisi/kabel-membran (didominasi oleh kinerja spasial).

Menganalisis karakteristik beban:
Beban statis yang mendominasi (beban atap): Prioritas pada kisi-kisi/rangka.
Dominasi beban dinamis (derek/gempa bumi): Prioritas pada rangka baja (duktilitas baik).
Sensitif terhadap beban angin/salju: Struktur baja membran kabel perlu memperkuat desain pra-tegangan.

Fungsi pembangunan pertandingan:
Persyaratan partisi yang fleksibel: Rangka baja (bagian balok dan kolom kecil, pemanfaatan ruang tinggi).
Persyaratan transparansi visual: struktur baja Struktur kabel-membran (transmisi cahaya bahan membran opsional 20%-90%).
Bantalan alat berat: struktur baja Rangka pipa (keunggulan kekakuan tinggi).

Pertimbangkan kondisi konstruksi:
Tingkat prefabrikasi pabrik: Kisi-kisi bulat yang dibaut (80% pemrosesan pabrik) cocok untuk konstruksi struktur baja prefabrikasi.
Kapasitas pengangkatan di lokasi: Komponen yang sangat besar (seperti rangka struktur baja seberat 50 ton) memerlukan derek seberat 500 ton.

Indikator ekonomi seimbang:
Biaya satuan acuan: Rangka portal baja ringan (800-1200 yuan/㎡) < rangka baja (1500-2500 yuan/㎡) < rangka pipa (2000-3000 yuan/㎡) < rangka baja (2500-4000 yuan/㎡) < struktur baja membran kabel (3000-8000 yuan/㎡).

Pesona struktur baja terletak pada kesatuan sempurna antara gaya dan bentuk – berbagai bentuk struktur baja bukan hanya produk hukum mekanika, tetapi juga pembawa kreativitas arsitektur. Para pemula harus ingat: tidak ada struktur baja terbaik, hanya yang paling sesuai. Melalui pencocokan tiga dimensi bentang, beban, dan fungsi, yang dipadukan dengan kondisi konstruksi dan indikator ekonomi, keputusan ilmiah dapat diambil dalam proyek-proyek nyata.