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充气膜结构的力学原理是什么
- 2019-05-14-

        在膜结构中,利用气压使膜张紧,以抵抗结构的外力,称为充气膜结构。根据充气膜结构的不同力学性能,可分为充气膜结构和充气管充气膜结构。气载气动膜结构是固定大面积膜材料的外围,利用膜内外压差产生张力的结构。最典型的结构是将空气注入膜的内部,膜被切割成穹顶的形状,使膜膨胀形成穹顶结构。这个穹顶被称为充气穹顶图。两个横隔梁的力学性能与充气穹顶基本相同。这种结构统称为气浮式。

        为了使膜张紧,不必使穹顶内部的气压高于外部的气压。只要有适当的支撑条件,穹顶内部的压力就低于外部压力,也会引起膜表面的张力。

        充气管状充气膜结构是将人的空气充入管状膜材料中形成的结构,可视为用空气代替香肠肉充入管状膜。直线管膜水平膨胀,得到梁;弯曲管膜膨胀,形成拱[膨胀拱]。并排连接多个这样的充气梁或拱门可以创造建筑空间。平行梁或拱并非相互独立,而是通过连接构件连接成一个整体。管状充气膜结构称为充气膜结构。

        如上所述,气动膜结构需要在膜的内部和外部气体之间产生压差。此时,气动膜结构与气动管式气动膜结构所需的压差相差很大。

        气支撑气动膜结构通常采用压差为0.002-0.010kg/cm2(水柱20-100mm),不需要根据建筑物的大小进行改变。相反,在充气管状气动膜结构中,所需气压差为0.1 kg/cm 2(水柱1000-10000mm)。在相同形状的梁(或拱)中,随着建筑尺寸的增大,所需的风压差也随之增大。也就是说,充气管式气动膜结构的机械效率低于气支撑式气动膜结构。为了找出膜效率低的原因,研究了在相同载荷作用下,由于空气压差引起的膜张力对气梁的影响。对膜在载荷作用下变形的一部分进行了研究。由于膜的变形,膜的张力会产生向上的力,膜有恢复原状的趋势。在相同的条件下,对充气光束的一部分进行了研究。充气梁的膜表面会产生与平面膜相同的向上力,但梁中压缩空气的压力会产生向下力,这抵消了充气梁膜恢复其原来形状的趋势。这就是充气膜结构比充气膜结构效率低的原因。平板罩与充气梁,即充气穹顶与充气拱之间的关系没有发生任何变化。也就是说,与充气穹顶相比,充气拱门必须说是一种效率较低的结构。尽管如此,充气拱结构的使用是由于其特殊的优点。充气圆顶必须始终保持圆顶内外的气压差。出穹顶时,必须通过进出口(旋转门、前室等)封闭空气。会觉得很不方便。相反,充气拱结构的室内外空气压力相同,进出口完全自由。

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