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充气膜结构的基本形式与结构体系
- 2019-05-14-

        膜结构是一种表面张力结构,薄膜材料的厚度通常小于1毫米。膜结构按受力介质的不同可分为充气膜结构和张拉膜结构两类。

        气动薄膜结构的基本形式:充气膜结构通过向膜内充气,使膜表面张力保持设计形状并承受载荷。气动薄膜结构的基本形式有气浮式、双层或多层气垫式、气肋式等。充气膜结构在膜结构发展的早期就有了很大的发展。其典型项目包括B.C.Place体育场(加拿大,232米190m,1983年,空中支持)、2002年盖尔世博会(103m 80 m 71m,双气垫式)、富士集团馆(expo70,空气肋式)等。除了充气外,日本石井教授还研究了一个300 m 150 m充氦悬浮膜结构屋顶方案,该方案具有并应用于深圳龙岗商业中心的设计。尽管近年来膜结构的发展主要集中在张力膜结构上,但以英国伊甸园项目为代表的以透明ETFE膜为基本单元的双层或多层气垫结构也十分引人注目。

        张力膜结构的基本形式:张拉膜结构由钢索和钢结构构件组成。膜面采用张拉边界或升降飞柱张拉,以保持设计形状和承受荷载。张拉膜结构的基本形状有鞍形、锥(伞)、拱支护和脊谷。实际工程中使用的张拉膜结构往往是这些基本形状的组合。张拉膜结构设计的主要特点之一是需要进行形态分析,这通常被称为找形。张拉膜结构的自由建模需要满足力学平衡。事实上,找形的目的不仅是为了找到一个平衡的形状,而且是为了分析表面的预应力和刚度,或者识别和修改病理表面。张拉膜结构的形状设计需要由膜结构的建筑师和专业技术人员完成。张拉膜结构工程按支护结构和边界约束可分为柔性支护系统、刚性支护系统和混合支护系统(刚性支护和柔性边界)。柔性边界膜结构与刚性支撑、柔性边界膜结构之间采用柔性索约束,膜板与支撑结构、既有建筑物或锚定基础之间的连接通常做成可调长度,并可向其他方向旋转,以更好地适应变形。以及负载下的二次张力。这种边界形式特别适用于聚氯乙烯薄膜覆盖材料的工程,其设计、制造和安装的精度要求相对较低。

对于刚性边界的膜结构,膜面边界均为刚性构件。与柔性边界相比,刚性边界膜结构简单,受工程场地约束较小,但其形状受边界影响较大,精度要求较高。

        膜结构材料及选择:与传统结构不同,柔性膜和索是膜结构的主要受力材料。为了设计膜结构,需要了解膜结构的材料;在方案阶段,还需要对现有材料进行比较并提出建议。

        膜的类型和性能:建筑工程中使用的膜材料可分为两类:织物膜和非织物膜。其中,聚氯乙烯涂层聚酯纤维织物(PVC膜)和聚四氟乙烯涂层玻璃纤维织物(PTFE膜)常用于织物膜,而乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜是最具代表性和竞争力的非织物膜。

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