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膜结构

日期:2014-07-19 11:41:03 / 人气:133

 


 

      膜结构(Membrane Structure),即张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure),是依靠膜材自身的张拉力和特殊的几何形状而构成稳定的承力体系。膜结构通过(钢架、钢柱或钢索)一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式,膜只能承受拉力而不能受压和弯曲,其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来保障,因此需制作成凹凸的空间曲面,故习惯上又称空间膜结构。由于张拉膜结构是通过边界条件给膜材施加一定的预张应力,以抵抗外部荷载的作用,因此在一定初始条件(边界条件和应力条件)下,其初始形状的确定、在外荷载作用下膜中应力分布与变形以及怎样用二维的膜材料来模拟三维的空间曲面等一系列复杂的问题,都需要有计算来确定,因此计算机技术的迅猛发展为张拉膜结构的应用开辟了广阔的前景。目前国外一些先进的膜结构设计制作软件已非常完善,人们可以通过图形显示看到各种初始条件和外荷载作用下的形状与变形,并能计算任一点的应力状态,使找形(初始形状分析)、裁剪和受力分析集成一体化,使得膜结构的设计大为进步,它不但能分析整个施工过程中各个不同结构的稳定性和膜中应力,而且能精确计算由于调节索或柱而产生的次生应力,完全可以避免各种不利荷载式工况产生的不测后果。膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜~30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型,其造型非常优美灵活.

 


    膜材就是氟塑材料表面涂层与织物布基按照特定的工艺粘合在一起的薄膜材料。常用的氟塑材料涂层有PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)等。织物布基主要用聚酯长丝(涤纶PES)和玻璃纤维有两种。
    膜材的粘合就是将涂层与基材合二为一组成通整体。建筑结构所用的膜材大多是以压延成型和涂刮成型的。 所谓压延成型,就是将选定的软PVDF经塑炼后投入压延机,按照所需厚度、宽度压延成膜,立即与布基粘合,再经过轧花、冷却即可制得压延膜材。而涂刮成型,则是将聚氯乙烯糊均匀地涂或刮在布基上,再加热处理即可获得涂刮膜材,普遍的是采用刮刀直接涂刮,也有采用辊式涂刮的。
    根据表面涂层(Coating)和织物基材(Layer)不同,膜材料分为二大类。(1)A类膜材是玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂(PTFE),这种膜材的化学性能极其稳定,俗称为永久膜建筑,露天使用寿命达25年以上,为不燃材料(通过A级防火测试)如:奥运鸟巢、世博轴、广州国际机场等。 (2 ) B类型膜材料是聚酯长丝布基上涂聚偏氟乙烯(PVDF),这种膜材受自然条件如日晒雨淋等影响较大,一般使用寿命为12年至17年,是难燃材料((通过B1级防火测试)。

 

 


 

    世界上第一座充气膜结构建成于1946年,设计者为美国的沃尔特·勃德(W.Bird),这是一座直径为15的充气穹顶。1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议,无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。其中具有代表性的有盖格尔设计的美国馆(137m×7m8卵形),以及川口卫设计的香肠形充气构件膜结构。后来人们认为70年大阪博览会是把膜结构系统地、商业性地向外界介绍的开始。大阪博览会展示了人们可以用膜结构建造永久性建筑。而70年代初美国盖格尔-勃格公司(Geiger-Berger Associates)开发出的符合美国永久建筑规范的特氟隆(Teflon)膜材料为膜结构广泛应用于永久、半永久性建筑奠定了物质基础。之后,用特氟隆材料做成的室内充气式膜结构相继出现在大中型体育馆中,如1975年建成的密歇根州庞蒂亚克“银色穹顶”(椭圆形220×159m),1988年建成的日本东京体育馆(室内净面积4,6767㎡)。
    张拉形式膜结构的先行者是德国的奥托(F.Otto),他在1955年设计的张拉膜结构跨度在25m左右,用于联合公园多功能展厅。而特氟隆摸材料的研制成功也极大地推动了张拉膜结构的应用。比较著名的有沙特阿拉伯吉达国际航空港、沙特阿拉伯利雅得体育馆、加拿大林德塞公园水族馆、英国温布尔登室内网球馆、美国新丹佛国际机场等。

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