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充氣膜結構的基本形式與結構體系
- 2019-05-14-

        膜結構是一種表面張力結構,薄膜材料的厚度通常小于1毫米。膜結構按受力介質的不同可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩類。

        氣動薄膜結構的基本形式:充氣膜結構通過向膜內充氣,使膜表面張力保持設計形狀并承受載荷。氣動薄膜結構的基本形式有氣浮式、雙層或多層氣墊式、氣肋式等。充氣膜結構在膜結構發展的早期就有了很大的發展。其典型項目包括B.C.Place體育場(加拿大,232米190m,1983年,空中支持)、2002年蓋爾世博會(103m 80 m 71m,雙氣墊式)、富士集團館(expo70,空氣肋式)等。除了充氣外,日本石井教授還研究了一個300 m 150 m充氦懸浮膜結構屋頂方案,該方案具有并應用于深圳龍崗商業中心的設計。盡管近年來膜結構的發展主要集中在張力膜結構上,但以英國伊甸園項目為代表的以透明ETFE膜為基本單元的雙層或多層氣墊結構也十分引人注目。

        張力膜結構的基本形式:張拉膜結構由鋼索和鋼結構構件組成。膜面采用張拉邊界或升降飛柱張拉,以保持設計形狀和承受荷載。張拉膜結構的基本形狀有鞍形、錐(傘)、拱支護和脊谷。實際工程中使用的張拉膜結構往往是這些基本形狀的組合。張拉膜結構設計的主要特點之一是需要進行形態分析,這通常被稱為找形。張拉膜結構的自由建模需要滿足力學平衡。事實上,找形的目的不僅是為了找到一個平衡的形狀,而且是為了分析表面的預應力和剛度,或者識別和修改病理表面。張拉膜結構的形狀設計需要由膜結構的建筑師和專業技術人員完成。張拉膜結構工程按支護結構和邊界約束可分為柔性支護系統、剛性支護系統和混合支護系統(剛性支護和柔性邊界)。柔性邊界膜結構與剛性支撐、柔性邊界膜結構之間采用柔性索約束,膜板與支撐結構、既有建筑物或錨定基礎之間的連接通常做成可調長度,并可向其他方向旋轉,以更好地適應變形。以及負載下的二次張力。這種邊界形式特別適用于聚氯乙烯薄膜覆蓋材料的工程,其設計、制造和安裝的精度要求相對較低。

對于剛性邊界的膜結構,膜面邊界均為剛性構件。與柔性邊界相比,剛性邊界膜結構簡單,受工程場地約束較小,但其形狀受邊界影響較大,精度要求較高。

        膜結構材料及選擇:與傳統結構不同,柔性膜和索是膜結構的主要受力材料。為了設計膜結構,需要了解膜結構的材料;在方案階段,還需要對現有材料進行比較并提出建議。

        膜的類型和性能:建筑工程中使用的膜材料可分為兩類:織物膜和非織物膜。其中,聚氯乙烯涂層聚酯纖維織物(PVC膜)和聚四氟乙烯涂層玻璃纖維織物(PTFE膜)常用于織物膜,而乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜是最具代表性和競爭力的非織物膜。

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