膜結(jié)構(gòu)設(shè)計編輯一、膜結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，用分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行計算。 二、膜結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)和等級、使用年限、使用功能、結(jié)構(gòu)跨度、防火要求、地區(qū)自然條件及膜材的耐用年限等要求進行膜材選用。 三、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)荷載、支承條件、制作加工、施工工況及其它特殊條件進行。 四、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容包括形狀設(shè)計、荷載分析、裁剪設(shè)計、配件設(shè)計、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計。 五、對膜結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計、荷載分析、裁剪設(shè)計，應(yīng)在考慮施工過程的基礎(chǔ)上進行一體化的設(shè)計。 六、膜材只能承受拉力，不能承受壓力和彎矩。 七、膜面的主應(yīng)力應(yīng)小于膜材的強度設(shè)計值，在荷載長期作用下，最小主應(yīng)力應(yīng)大于等于維持其初始平衡形狀的應(yīng)力值。 八、膜結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計時，應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變、老化。 九、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)考慮使用階段膜材替換對整體結(jié)構(gòu)的影響。 十、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮膜材破壞時，支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)保持自身的強度、剛度及穩(wěn)定性。膜材分類編輯膜材分類目前建筑膜材廣泛認可的標準是日本JISA-93所規(guī)定的A、B、C三類，是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來劃分的。A類A類，以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成；B類B類次之，以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成；C類C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸）織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分，有聚四（PTFE）、聚偏（PVDF）、聚（PVF）、聚（PVC）、聚氨酯（PU）、橡膠等。PTFE建筑膜材PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上涂以聚四樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優(yōu)良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建筑膜材中的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。一些公司共同開發(fā)性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆，使性的PTFE膜正式誕生。此后性膜結(jié)構(gòu)正式在美國風行，許多學者對膜結(jié)構(gòu)進行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結(jié)果表明，這種膜材的力學性能與化學穩(wěn)定性指標只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學物質(zhì)微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。 目前國外對這種膜材的開發(fā)和應(yīng)用比較成熟，生產(chǎn)廠家也很多。玻纖PVC建筑膜材這種膜材開發(fā)和應(yīng)用得比較早，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會太厚，達到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，涂層時常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑，淺色透明產(chǎn)品宜加一定量的紫外吸收劑，深色產(chǎn)品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法，可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧，用云母或石英來防止表面發(fā)粘和沾污。玻纖有機硅樹脂建筑膜材有機硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點，該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量，另外還具有良好的透光性。Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的，目前這種膜材應(yīng)用的不多，生產(chǎn)廠家也較少。

　　玻纖合成橡膠建筑膜材合成橡膠（如丁腈橡膠，氯丁橡膠）韌性好，對陽光、臭氧、熱老化穩(wěn)定，具有突出的耐磨損性、耐化學性和阻燃性，可達到半透明狀態(tài)，但由于容易發(fā)黃，故一般用于深色涂層。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，目前國外的生產(chǎn)廠家也不多。ETFE建筑膜材由ETFE（-四共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。近年來，ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢和市場前景。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”，質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃；可有效的利用自然光，節(jié)約能源；良好的聲學性能。自清潔功能使表面不易沾污，且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物，清潔周期大約為5年。另外，ETFE膜可在現(xiàn)成預(yù)制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣，維護費用高等，但是隨著大型體育館、游客場所、候機大廳等的建設(shè)，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。目前生產(chǎn)這種膜材的公司很少，只有少數(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發(fā)和應(yīng)用在國外發(fā)達國家也不過十幾年的歷史。包括內(nèi)容1，初始態(tài)分析：確保生成形狀穩(wěn)定、應(yīng)力分布均勻的三維平衡曲面，并能夠抵抗各種可能的荷載工況；這是一個反復(fù)修正的過程。2，荷載態(tài)分析：張拉膜結(jié)構(gòu)自身重量很輕，僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/5，混凝土結(jié)構(gòu)的1/40；因此膜結(jié)構(gòu)對地震力有良好的適應(yīng)性，而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計通常采用安全系數(shù)法。3，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定，及對支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法與膜結(jié)構(gòu)不同時，應(yīng)注意不同設(shè)計方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。4，連接設(shè)計：包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。5，剪裁設(shè)計：這一過程應(yīng)具備必要的試驗數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應(yīng)通過雙軸拉伸試驗確定）。膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問題有：1，預(yù)張力的大小及張拉方式；2，根據(jù)控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式；3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水（雪）；4，關(guān)鍵節(jié)點的設(shè)計，以避免應(yīng)力集中；5，考慮膜材的運輸和吊裝；6，耐久性與防火考慮。在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計階段所要考慮的要點有：1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果；2，細化支承結(jié)構(gòu)，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀；3，簡化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點，降低現(xiàn)場施工量。膜結(jié)構(gòu)研究的主要問題有：1，找形（Form-finding）或更進一步叫“形態(tài)理論”；2，考慮膜材松弛和各向異性下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)；3，結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的動力穩(wěn)定性；4，裁剪優(yōu)化；5，膜與索及支承結(jié)構(gòu)間的相互作用。發(fā)展方向膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)展起來的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。自從1970年代以來， 膜結(jié)構(gòu)在國外已逐漸應(yīng)用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務(wù)設(shè)施等大跨度建筑中。 膜結(jié)構(gòu)已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計選型中的一個主要方案。成為化纖紡織品應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。

　　膜結(jié)構(gòu)是20世紀中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)類型，它打破了純直線建筑風格的模式，以其的優(yōu)美曲面造型，簡潔、明快、剛與柔、力與美的組合，給人耳目一新的感覺，同時給建筑設(shè)計師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。膜結(jié)構(gòu)具有強烈的時代感和代表性，是集建筑學、結(jié)構(gòu)力學、精細化工、材料科學、計算機技術(shù)等為一體的多學科交叉應(yīng)用工程，具有很高的技術(shù)含量和藝術(shù)感染力，其曲面可以隨建筑師的設(shè)計需要任意變化。結(jié)合整體環(huán)境，建造出標志性的形象工程，并且實用性強、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。既可應(yīng)用了大型公共設(shè)施，如體育場館的屋頂系統(tǒng)、機場大廳、展覽中心、購物中心、停車場、站臺設(shè)施等。又可應(yīng)用于休閑設(shè)施、工業(yè)設(shè)施、入口廊道以及標志性或景觀性的建筑、小品等。由于膜材的光透性，白天陽光可以透過膜材形成慢射光，使膜覆蓋空間內(nèi)達到和室外幾乎一樣的自然效果，因此膜結(jié)構(gòu)能創(chuàng)造出與自然環(huán)境相媲美的空間形式。

　　索膜結(jié)構(gòu)作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨特的形態(tài)及膜材本身的性能。恰由于此，用膜結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)建筑體系無法實現(xiàn)的設(shè)計方案。

　　⒈輕質(zhì)：張力結(jié)構(gòu)自重小的原因在于它依靠預(yù)應(yīng)力形態(tài)而非材料來保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。從而使其自重比傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的小得多，但卻具有良好的穩(wěn)定性，建筑師可以利用其輕質(zhì)大跨的特點設(shè)計和組織結(jié)構(gòu)細部構(gòu)件，將其輕盈和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性有機地統(tǒng)一起來。

　�、餐腹庑裕和腹庑允乾F(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度，這對于建筑節(jié)能十分重要。對于一些要求光照多且亮度高的商業(yè)建筑等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用，膜材透光性可為建筑設(shè)計提供更大的美學創(chuàng)作空間。夜晚，透光性將膜結(jié)構(gòu)變成了光的雕塑。

　　膜材透光性是由它的基層纖維、涂層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間，有的膜材的光譜透射比可以達到40%，而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過涂層的顏色或是面層顏色來調(diào)節(jié)。

　　通過膜材和透光保溫材料的適當組合，可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個百分點，膜屋面對于人眼來說依然是發(fā)亮和透光的，具有輕型屋面的觀感。

　�、橙嵝裕簭埨�膜結(jié)構(gòu)不是剛性的，其在風荷載或雪荷載的作用下會產(chǎn)生變形。膜結(jié)構(gòu)通過變形來適應(yīng)外荷載，在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小，直至能更有效抵抗該荷載。

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