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膜結構

日期:2014-07-19 11:41:03 / 人气:133

 


 

      膜結構(Membrane Structure),即张拉膜結構(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。膜結構通過(鋼架、鋼柱或鋼索)一定方式使其內部産生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作爲覆蓋結構,並能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式,膜只能承受拉力而不能受壓和彎曲,其曲面穩定性是依靠互反向的曲率來保障,因此需制作成凹凸的空間曲面,故習慣上又稱空間膜結構。由于張拉膜結構是通過邊界條件給膜材施加一定的預張應力,以抵抗外部荷載的作用,因此在一定初始條件(邊界條件和應力條件)下,其初始形狀的確定、在外荷載作用下膜中應力分布與變形以及怎樣用二維的膜材料來模擬三維的空間曲面等一系列複雜的問題,都需要有計算來確定,因此計算機技術的迅猛發展爲張拉膜結構的應用開辟了廣闊的前景。目前國外一些先進的膜結構設計制作軟件已非常完善,人們可以通過圖形顯示看到各種初始條件和外荷載作用下的形狀與變形,並能計算任一點的應力狀態,使找形(初始形狀分析)、裁剪和受力分析集成一體化,使得膜結構的設計大爲進步,它不但能分析整個施工過程中各個不同結構的穩定性和膜中應力,而且能精確計算由于調節索或柱而産生的次生應力,完全可以避免各種不利荷載式工況産生的不測後果。膜結構(Membrane)是20世紀中期發展起來的一種新型建築結構形式,膜結構可分爲充氣膜結構和張拉膜結構兩大類.充氣膜結構是靠室內不斷充氣,使室內外産生一定壓力差(一般在10㎜~30㎜水柱之間),室內外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力,從而實現較大的跨度.張拉摸結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型,其造型非常優美靈活.

 


    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結構建成于1946年,設計者爲美國的沃爾特·勃德(W.Bird),這是一座直徑爲15的充氣穹頂。1967年在德國斯圖加特召開的第一屆國際充氣結構會議,無疑給充氣膜結構的發展注入了興奮劑。隨後各式各樣的充氣膜結構建築出現在1970年大阪世界博覽會上。其中具有代表性的有蓋格爾設計的美國館(137m×7m8卵形),以及川口衛設計的香腸形充氣構件膜結構。後來人們認爲70年大阪博覽會是把膜結構系統地、商業性地向外界介紹的開始。大阪博覽會展示了人們可以用膜結構建造永久性建筑。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)膜材料为膜結構廣泛應用于永久、半永久性建築奠定了物質基礎。之後,用特氟隆材料做成的室內充氣式膜結構相繼出現在大中型體育館中,如1975年建成的密歇根州龐蒂亞克“銀色穹頂”(橢圓形220×159m),1988年建成的日本東京體育館(室內淨面積4,6767㎡)。
    张拉形式膜結構的先行者是德國的奧托(F.Otto),他在1955年設計的張拉膜結構跨度在25m左右,用于聯合公園多功能展廳。而特氟隆摸材料的研制成功也極大地推動了張拉膜結構的應用。比較著名的有沙特阿拉伯吉達國際航空港、沙特阿拉伯利雅得體育館、加拿大林德塞公園水族館、英國溫布爾登室內網球館、美國新丹佛國際機場等。

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