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充氣膜結構的力學原理是什么
- 2019-05-14-

        在膜結構中,利用氣壓使膜張緊,以抵抗結構的外力,稱為充氣膜結構。根據充氣膜結構的不同力學性能,可分為充氣膜結構和充氣管充氣膜結構。氣載氣動膜結構是固定大面積膜材料的外圍,利用膜內外壓差產生張力的結構。最典型的結構是將空氣注入膜的內部,膜被切割成穹頂的形狀,使膜膨脹形成穹頂結構。這個穹頂被稱為充氣穹頂圖。兩個橫隔梁的力學性能與充氣穹頂基本相同。這種結構統稱為氣浮式。

        為了使膜張緊,不必使穹頂內部的氣壓高于外部的氣壓。只要有適當的支撐條件,穹頂內部的壓力就低于外部壓力,也會引起膜表面的張力。

        充氣管狀充氣膜結構是將人的空氣充入管狀膜材料中形成的結構,可視為用空氣代替香腸肉充入管狀膜。直線管膜水平膨脹,得到梁;彎曲管膜膨脹,形成拱[膨脹拱]。并排連接多個這樣的充氣梁或拱門可以創造建筑空間。平行梁或拱并非相互獨立,而是通過連接構件連接成一個整體。管狀充氣膜結構稱為充氣膜結構。

        如上所述,氣動膜結構需要在膜的內部和外部氣體之間產生壓差。此時,氣動膜結構與氣動管式氣動膜結構所需的壓差相差很大。

        氣支撐氣動膜結構通常采用壓差為0.002-0.010kg/cm2(水柱20-100mm),不需要根據建筑物的大小進行改變。相反,在充氣管狀氣動膜結構中,所需氣壓差為0.1 kg/cm 2(水柱1000-10000mm)。在相同形狀的梁(或拱)中,隨著建筑尺寸的增大,所需的風壓差也隨之增大。也就是說,充氣管式氣動膜結構的機械效率低于氣支撐式氣動膜結構。為了找出膜效率低的原因,研究了在相同載荷作用下,由于空氣壓差引起的膜張力對氣梁的影響。對膜在載荷作用下變形的一部分進行了研究。由于膜的變形,膜的張力會產生向上的力,膜有恢復原狀的趨勢。在相同的條件下,對充氣光束的一部分進行了研究。充氣梁的膜表面會產生與平面膜相同的向上力,但梁中壓縮空氣的壓力會產生向下力,這抵消了充氣梁膜恢復其原來形狀的趨勢。這就是充氣膜結構比充氣膜結構效率低的原因。平板罩與充氣梁,即充氣穹頂與充氣拱之間的關系沒有發生任何變化。也就是說,與充氣穹頂相比,充氣拱門必須說是一種效率較低的結構。盡管如此,充氣拱結構的使用是由于其特殊的優點。充氣圓頂必須始終保持圓頂內外的氣壓差。出穹頂時,必須通過進出口(旋轉門、前室等)封閉空氣。會覺得很不方便。相反,充氣拱結構的室內外空氣壓力相同,進出口完全自由。

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