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骨架式、张拉式、充气式膜结构3种形式

日期:2021/12/28 Click:755
二、膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度,柔韧性好的薄膜材料,是由纤维编织成织物基材,在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成的材料,中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维,而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂(PVC),硅酮(silicon)及聚四氟乙烯树脂(PTFE),在力学上织物基材及涂层材分别具有影响下列的功能性质。
1、海口海洋世界入口膜结构大致可分为三种形式:骨架、张拉和充气膜结构

1.骨架膜结构(FrameSupportedStructure)
屋顶骨架由钢结构或集成材料组成,以上张拉膜材的结构形式,下支撑结构稳定性高,因为屋顶造型比较简单,开口不易受限制,而且经济效益高,广泛适用于任何大的,小空间。

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2.张拉膜结构(TensionSuspensionStructure)
它由膜材、钢索和支柱组成,在膜材中引入钢索和支柱的张力,以达到稳定的形式。除了实践创造力,造型创新美观,也是最能体现膜结构精神的结构形式。近年来,大跨度空间也以钢索和压缩材料形成的钢索网支撑上膜材料。由于施工精度要求高,结构性能强,而且表现力丰富,因此,成本略高于骨架膜结构。

3.充气膜结构(充气膜结构)PneumaticStructure)
充气膜结构是将膜材固定在屋顶结构周围,在使用送风系统将室内气压提升到一定压力后,使屋顶内外产生压差,以抵抗外力,用气压支撑,以钢索为辅助材料,无需任何梁,柱支撑,更大的空间,施工快捷,经济效益高,但需要24小时保持送风机运行,持续运行和机器维护成本较高。

膜结构建筑中使用的膜材料是一种强度,柔韧性好的薄膜材料,织物基材由纤维编织而成,基材两侧以树脂为涂层材料加工固定的材料,中心织物基材分为聚酯纤维和玻璃纤维,聚氯乙烯树脂用作涂层材料(PVC),硅酮(silicon)和聚四氟乙烯树脂(()PTFE),织物基材和涂层材料在机械上具有以下功能性质。

织物基材-抗拉强度,抗撕裂强度,耐热性,耐久性,防火性。
涂层材料-耐候性,防污性,加工性,耐水性,耐品,透光性。

用于建筑膜结构的膜材料应正确选择膜材料,根据涂层材料的不同,大致可以分为PVC膜与PTEF膜,膜材的正确选择应考虑其建筑的规模、用途和形式,使用寿命、预算等综合因素后决定。

PVC膜(PVC-CoatedPolyester)

PVC膜材在材料和加工上都比P好TFE膜便宜,而且材料柔软,施工方便的优点。但在强度、耐久性、耐火性等方面都比P好TFE膜差。PVC膜材料由聚脂纤维织物和P组成VC涂层(聚氯乙烯),一般建筑用膜材,是在PVC涂层材料的表面处理,涂以数micron厚压克力树脂(acrylic),以提高防污性,几年后会变色、污损、劣化。一般PVC膜的耐久性,5.根据不同的使用环境~八年。为了PVC膜材的耐候性,近年来,以氟素系树脂为P已开发出来VC涂层材料的表面处理做涂层,为提高膜材的耐侯性和防污性。

PVDFPVDF是二氟化树脂(PolyvinylideneFluoride)的略称,在PVCP用于膜表面处理VDF树脂涂层材料称为PVDF膜。PVDF膜与一般PVC膜比较,耐久性提高到7~10年左右。

PVFPVF是一氟化树脂(是一氟化树脂(PolyvinylFluoride)的略称。PVF膜材是在PVC膜表面处理采用PVF树脂做薄膜薄片(树脂做薄膜薄片(laminate)加工,比PVDF膜的耐久性更好,它具有防污染的优点。但由于加工性、施工性和防火性差,因此,使用受到限制。

PTFE膜(PTFECoatedFiberglass)

PTFE膜在超细玻璃纤维织物上,涂有聚四氟乙烯树脂的材料。PTFE膜最大的特点是耐久性、耐火性和防污性。但是PTFE膜与PVC膜比较,材料和加工成本高,且柔软性低,为避免玻璃纤维在施工中断裂,必须有专用的治理工具和施工技术。

耐久性:涂层PTFE酸、碱等化学物质和紫外线非常稳定,不易变色或破裂。玻璃纤维长期使用后,不会导致强度下降或张力下降。膜颜色一般为白色,透光率高,耐久性超过25年。

防污:由于涂层材料为聚四氟乙烯树脂,表面摩擦系数低,因此不易污染,雨水可以洗。

4、工程应用体育设施-体育场馆、健身中心等交通设施-机场、火车站、公交车站、高速公路收费站、加油站等文化设施-展览/会议中心、剧场、博物馆、动物园、水族馆等景观设施-建筑入口、游泳池素描、社区走廊、户外广场、公园素描、标志性建筑等商业设施-购物中心、餐厅、步行街等工业设施-工厂、仓库、污水处理中心、物流中心、温室等张力膜结构的概念设计,只有正确表达结构逻辑的建筑才有很强的说服力和表现力。这句话揭示了张力膜结构的本质。张力膜结构,任何额外的支持和修改都是多余的,其结构本身就是造型;换句话说,不符合结构的形状是不可能的,因为这种薄膜要么漂浮,要么缺乏稳定性。张拉膜结构的美在于其力与形的完美结合。

张拉膜结构的基本组成部分通常包括:膜材、索与支撑结构(桅杆、拱或其它刚性构件)。

膜材是一种新型建筑材料,被公认为继砖、石、混凝土、钢、木之后的第六种建筑材料。膜本身不能压缩或弯曲,因此,为了使膜结构正常工作,必须引入适当的预张力,保证膜结构正常工作的另一个重要条件是形成相反的曲面。传统结构必须增加结构的阻力,以减少结构的变形;膜结构通过改变形状来分散荷载,内力增长最小。当膜结构在平衡位置附近变形时,可产生两种回复:一种是由几何变形引起的;另一种是由材料应变引起的。几何刚度通常比弹性刚度大得多,因此,每个膜片都应具有良好的刚度,负高斯曲面应尽可能形成,也就是说,高点和低点低点。高点通常由桅杆提供,也许是因为这个原因,张拉膜结构在一些文献中也被称为悬挂膜结构(suspensionmembrane)。

作为膜材的弹性边界,将膜材分为一系列膜片,从而降低了膜材的自由支撑长度,使薄膜表面更容易形成较大的曲率。有文献指出,膜材的自由支撑长度不得超过15米,此外,单片膜的覆盖面积不得大于500平方米,电缆的另一个重要作用是为桅杆等支撑结构提供额外的支撑,因此,支撑结构不会因膜材损坏而倒塌。

膜结构设计主要包括以下内容:

1,初始分析:保证三维平衡曲面形状稳定,应力分布均匀,并能抵抗各种可能的荷载条件;这是一个反复修正的过程。
2,荷载分析:张拉膜结构本身重量轻,仅为钢结构1/5,混凝土结构1/40;因此,膜结构对地震力有很好的适应性,而且对风的作用比较敏感。另外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。目前观测数据还很少,因此,膜结构的设计通常采用安全系数法。
3,确定主要结构构件的尺寸,支撑结构的有限元分析。当支撑结构的设计方法与膜结构不同时,注意不同设计方法之间的系数转换。
4,连接设计:包括螺栓、焊缝和次要部件的尺寸。
5,剪裁设计:该过程应具备必要的试验数据,包括所选膜材的杨氏模量和剪裁补偿值(应通过双轴拉伸试验确定)。

方案阶段应考虑膜结构:

1,预张力的大小和张拉方法;
2,根据控制荷载确定膜的尺寸和电缆的布置;
3,考虑膜面及其固定件的形状,避免积水(雪);
4,设计关键节点,避免应力集中;
5,考虑膜材的运输和吊装;
6,考虑耐久性和防火性。

膜结构设计阶段要考虑的要点有:

1,确保膜表面有足够的曲率,为了获得更大的刚度和审美效果;
2,细化支撑结构,充分表达透明空间和轻盈形状;
3,简化膜与支撑结构之间的连接节点,减少现场施工量。

膜结构研究的主要问题是:

1,找形(Form-finding)或进一步称为形态理论;
2,考虑各向异性下膜材松弛和结构响应;
3,风荷载作用下结构的动力稳定性;
4,裁剪优化;
5,膜与索与支撑结构的相互作用。

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