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(dá)式進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(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(bǔ)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(diǎn)的設(shè)計，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。

　　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(dá)式進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(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

　　本公司進(jìn)行索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的軟件有四種，分別為EASY 7.0，SMCAD，3D3S，STAAD PRO，其中前面兩種主要是作為膜的找形和裁剪設(shè)計，而后面兩種則作為鋼結(jié)構(gòu)的計算和基礎(chǔ)的設(shè)計。下面分別對每一種軟件進(jìn)行簡單的介紹。 EASY 7.0是從德國進(jìn)口的采用較早的一種膜結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，該軟件采用力密度法原理進(jìn)行找形，同時采用測地線原理對空間曲面展開成平面進(jìn)行裁剪下料。無數(shù)個工程實例證明，該軟件是得信賴的，同時也是和經(jīng)濟(jì)的一種設(shè)計軟件，目前在世界范圍內(nèi)也得到很大的推廣。SMCAD是主要由上海交通大學(xué)開發(fā)的一種空間結(jié)構(gòu)軟件，主要是為膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計服務(wù)。該軟件采用第三牛頓定理對膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行找形，同時采用熱應(yīng)力原理進(jìn)行裁剪下料。該軟件在設(shè)計過程中，能保證膜和鋼結(jié)構(gòu)的同步設(shè)計，使整個結(jié)構(gòu)的變形和位移得到控制。使安全和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了很大的保障。雖然使用時間較短，但得到了專家的一致好評，并于2004年通過了國際鑒定，有后來居上的勢頭。

　　3D3S是由上海同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的專門進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的軟件，該軟件從4.0版本發(fā)展到今天的8.0版本，不斷吸收實際經(jīng)驗，也不斷的得到提高和改善。該軟件和CAD完美的結(jié)合，采用空間建模方式，比較完美的模擬工程實例。無論是從廠房的設(shè)計到高層結(jié)構(gòu)的驗算，從結(jié)構(gòu)線性分析到結(jié)構(gòu)非線性分析，都經(jīng)受了較大的考驗。不愧是國內(nèi)結(jié)構(gòu)工程師從事設(shè)計的一件。STAAD PRO是最早從美國進(jìn)口的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，它主要采用美國規(guī)范，比較能跟國際接軌。在進(jìn)行較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系時，一般常用該軟件。其實并不僅僅它是從美國進(jìn)口而來，因為無論是在軟件的功能和穩(wěn)定性方面，以及計算結(jié)果都得到很高的評價。

　　綜上所述，我公司在進(jìn)行索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計時，都是采用兩種軟件進(jìn)行計算和驗算，對計算結(jié)果，結(jié)合工程師的經(jīng)驗進(jìn)行優(yōu)化處理，力爭每個工程既經(jīng)濟(jì)又安全，符合國家規(guī)范，滿足客戶的經(jīng)濟(jì)要求。

　　景觀張拉膜作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨(dú)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。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(diǎn)設(shè)計和組織結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)件，將其輕盈和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性有機(jī)地統(tǒng)一起來。

　　透光性是現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)最被廣泛認(rèn)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(dāng)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(diǎn)，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 [2] 。柔性 張拉膜結(jié)構(gòu)不是剛性的，其在風(fēng)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。張拉結(jié)構(gòu)的靈活性使其可以產(chǎn)生很大的位移而不發(fā)生性變形。膜材的彈性性能和預(yù)應(yīng)力水平?jīng)Q定了膜結(jié)構(gòu)的變形和反應(yīng)。適應(yīng)自然的柔性特點(diǎn)可以激發(fā)人們的建筑設(shè)計靈感。不同的膜材的柔性程序也不相同，有的膜材柔韌性，不會因折疊而產(chǎn)生脆裂或是破損，這樣的材料是有效實現(xiàn)可移動、可展開結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和前提。