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(jì)方法,用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)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(jìn)行膜材選用。
三、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jìn)行。
四、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)、配件設(shè)計(jì)、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
五、對膜結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì),應(yīng)在考慮施工過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)。
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(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)時(shí),應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變、老化。
九、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),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(jì)應(yīng)考慮膜材破壞時(shí),支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)保持自身的強(qiáng)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(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)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
膜結(jié)構(gòu)是一種建筑與結(jié)構(gòu)結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系,是采用高強(qiáng)度柔性薄膜材料與輔助結(jié)構(gòu)通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力,并形成應(yīng)力控制下的某種空間形狀,作為覆蓋結(jié)構(gòu)或建筑物主體,并具有足夠剛度以抵抗外部荷載作用的一種窄間結(jié)構(gòu)類型。膜結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)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(fēng)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(shí)給建筑設(shè)計(jì)師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。膜結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的時(shí)代感和代表性,是集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的多學(xué)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(jì)需要任意變化。結(jié)合整體環(huán)境,建造出標(biāo)志性的形象工程,并且實(shí)用性強(qiáng)、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(jī)場大廳、展覽中心、購物中心、停車場、站臺(tái)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(biāo)志性或景觀性的建筑、小品等。 大跨度。膜結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好,可以不需要內(nèi)部支承,克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度(無支撐)建筑上實(shí)現(xiàn)所遇到的困難,可創(chuàng)造巨大的無遮擋可視空間,有效增加空間使用面積。(2)藝術(shù)性。膜結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)類型,以造型學(xué)、色彩學(xué)為依托,可結(jié)合自然條件,充分發(fā)揮建筑師的想象力,根據(jù)創(chuàng)意建造出傳統(tǒng)建筑難以實(shí)現(xiàn)的曲線及各種造型,且色彩豐富,富有時(shí)代氣息,體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力之美。配合燈光易形成夜景,給人以現(xiàn)代美的享受。(3)經(jīng)濟(jì)性。膜材料具有一定的透光率,白天可減少照明強(qiáng)度和時(shí)間,節(jié)約能源;夜間彩燈透射可形成絢爛的景觀。而且,膜結(jié)構(gòu)能夠拆卸,易于搬遷,特別是在建造短期應(yīng)用的大跨度建筑時(shí),更為經(jīng)濟(jì)。(4)安全性。膜材料具有的阻燃性和耐高溫性,能很好地滿足防火要求;膜結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu),能夠承受很大的位移,不易整體倒塌;膜結(jié)構(gòu)自重輕,抗震性能比較好。(5)自潔性。膜建筑中采用具有防護(hù)涂層的膜材,本身不發(fā)黏,落到膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗而達(dá)到良好的自潔效果,同時(shí)保證建筑的使用壽命。(6)工期短。膜片的裁剪、鋼索及鋼結(jié)構(gòu)等的制作均在工廠完成,減少現(xiàn)場施工時(shí)間,可與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件等同時(shí)進(jìn)行,避免施工交叉,在施工現(xiàn)場只是鋼索、鋼結(jié)構(gòu)及膜片的連接安裝定位及張拉的過程,故現(xiàn)場施工安裝、迅速快捷,相對傳統(tǒng)建筑工程工期較短。(7)適用廣。從氣候條件看,膜結(jié)構(gòu)建筑適用的地域廣闊;從規(guī)模上看,可以小到單人帳篷、花園小品,大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建筑。甚至有人曾設(shè)想覆蓋一個(gè)小城,實(shí)現(xiàn)人造自然。缺點(diǎn)編輯(1)耐久性差。一般的膜材使用壽命為15~25年,與傳統(tǒng)的混凝土及鋼材相比有較大的差距,與“百年大計(jì)”的設(shè)計(jì)理念不同。(2)隔熱性差。如果強(qiáng)調(diào)透光性,只能用單層膜,隔熱性就差,因而冬天冷、夏天熱,需要空調(diào)。(3)隔音效果較差。單層膜結(jié)構(gòu)只能用于隔音要求不高的建筑。(4)抵抗局部荷載能力差。屋面會(huì)在局部荷載作用下形成局部凹陷,造成雨水或雪的淤積,使屋蓋在淤積處的荷載增加,可能導(dǎo)致屋蓋撕裂(帳蓬結(jié)構(gòu))或翻轉(zhuǎn)(充氣結(jié)構(gòu))。(5)充氣結(jié)構(gòu)還需要不停地送風(fēng),因此維護(hù)和管理特別重要。另外。氣承式充氣結(jié)構(gòu)必須是密閉的空間,不宜開窗。(6)環(huán)保問題。使用的膜材都是的,一旦達(dá)到使用年限,拆除的膜材便成為城市垃圾而無法處置,正在研制開發(fā)膜材的可回收利用,并已取得了一定的進(jìn)展。膜材編輯在薄膜結(jié)構(gòu)中,薄膜既是結(jié)構(gòu)材料,又是建筑材料。作為結(jié)構(gòu)材料,薄膜必須具有足夠的強(qiáng)度,以承受由于自重、內(nèi)壓或預(yù)應(yīng)力、風(fēng)、雪等作用產(chǎn)生的拉力;作為建筑材料,它又必須具有防水、隔熱、透光或阻光等建筑功能。膜材料作為膜結(jié)構(gòu)的靈魂,它的發(fā)展與膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)密切相關(guān)、互相促進(jìn)的。膜的材料分為織物膜材和箔片兩類。高強(qiáng)度箔片近幾年才開始應(yīng)用于結(jié)構(gòu)?椢锸怯衫w維平織或曲織生成的,織物膜材已有較長的應(yīng)用歷史。結(jié)構(gòu)工程中的箔片都是由氟塑料制造的,它的優(yōu)點(diǎn)在于有很高的透光性和出色的防老化性。 膜結(jié)構(gòu)建筑造型豐富多彩,千變?nèi)f化,按照支承方式分為充氣式膜結(jié)構(gòu)、張拉膜結(jié)構(gòu)和骨架支承膜結(jié)構(gòu)。
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)方法,用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)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(jìn)行膜材選用。 三、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jìn)行。 四、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)、配件設(shè)計(jì)、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 五、對膜結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì),應(yīng)在考慮施工過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)。 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(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)時(shí),應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變、老化。 九、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),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(jì)應(yīng)考慮膜材破壞時(shí),支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)保持自身的強(qiáng)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(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(fēng)行,許多學(xué)者對膜結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)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(xué)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(qiáng)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(diǎn)上的厚度不能少于0.2mm,一般涂層不會(huì)太厚,達(dá)到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能,涂層時(shí)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(jī)硅樹脂建筑膜材有機(jī)硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點(diǎn),該膜材具有高的抗拉強(qiáng)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。張拉膜張拉膜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(xué)性和阻燃性,可達(dá)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(jià)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(xué)腐蝕性,而且機(jī)械強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度高、不易被撕裂,延展性大于400%;耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng),熔融溫度高達(dá)200℃;可有效的利用自然光,節(jié)約能源;良好的聲學(xué)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(hù)費(fèi)用高等,但是隨著大型體育館、游客場所、候機(jī)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(dá)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(gè)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(fēng)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(jì)通常采用安全系數(shù)法。張拉膜張拉膜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(dāng)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與膜結(jié)構(gòu)不同時(shí),應(yīng)注意不同設(shè)計(jì)方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。4,連接設(shè)計(jì):包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。5,剪裁設(shè)計(jì):這一過程應(yīng)具備必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù),包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補(bǔ)償值(應(yīng)通過雙軸拉伸試驗(yàn)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(diǎn)的設(shè)計(jì),以避免應(yīng)力集中;5,考慮膜材的運(yùn)輸和吊裝;6,耐久性與防火考慮。在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所要考慮的要點(diǎn)有:1,保證膜面有足夠的曲率,以獲得較大的剛度和美學(xué)效果;2,細(xì)化支承結(jié)構(gòu),以充分表達(dá)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(diǎn),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(jìn)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(fēng)荷載作用下的動(dòng)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(jì)選型中的一個(gè)主要方案。成為化纖紡織品應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。