張拉膜結(jié)構的概念設計- 徐州永翔景觀膜結(jié)構工程有限公司-膜結(jié)構|膜結(jié)構車棚|張拉膜|膜結(jié)構停車棚|景觀膜|景觀膜結(jié)構|膜結(jié)構看臺|停車棚|車棚

一、從結(jié)構方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結(jié)構3種形式�？诤Ｑ笫澜缛肟谀そY(jié)構
　　1.骨架式膜結(jié)構（Frame Supported Structure）

　　以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架后，在其上方張拉膜材的構造形式，下部支撐結(jié)構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制，且經(jīng)濟效益高等特點，廣泛適用于任何大，小規(guī)模的空間。

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　　2.張拉式膜結(jié)構（Tension Suspension Structure）

　　以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安定的形式。除了可實踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是最能展現(xiàn)膜結(jié) 構精神的構造形式。近年來，大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高，結(jié)構性能強，且具豐富的表現(xiàn)力，所以造價略高于骨架式膜結(jié)構。

　　3.充氣式膜結(jié)構（Pneumatic Structure）

　　充氣式膜結(jié)構是將膜材固定于屋頂結(jié)構周邊，利用送風系統(tǒng)讓室內(nèi)氣壓上升到一定壓力后，使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓來支撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁，柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經(jīng)濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉(zhuǎn)，在持續(xù)運行及機器維護費用的成本上較高。

　　二、膜材料用于膜結(jié)構建筑中的膜材是一種具有強度，柔韌性好的薄膜材料，是由纖維編織成織物基材，在其基材兩面以樹脂為涂層材所加工固定而成的材料，中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維，而作為涂層材使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂（PVC），硅酮（silicon）及聚四氟乙烯樹脂（PTFE），在力學上織物基材及涂層材分別具有影響下列的功能性質(zhì)。

　　織物基材——抗拉強度，抗撕裂強度，耐熱性，耐久性，防火性。

　　涂層材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。

　　三、膜材的正確選定用于建筑膜結(jié)構的膜材，依涂層材不同大致可分為PVC膜與PTEF膜，膜材的正確選定應考慮其建筑的規(guī)模大小、用途、形式，使用年限及預算等綜合因素后決定。

　　PVC膜（PVC-Coated Polyester）

　　PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材質(zhì)柔軟，易施工的優(yōu)點。但在強度、耐用年限、防火性等性能上較PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纖維織物加上PVC涂層（聚氯乙烯）而成，一般建筑用的膜材，是在PVC涂層材的表面處理上，涂以數(shù)micron厚的壓克力樹脂（acrylic），以改善防污性。但是，經(jīng)過數(shù)年之后就會變色、污損、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用環(huán)境不同在5~8年。為了改善PVC膜材的耐侯性，近年來已研發(fā)出以氟素系樹脂于PVC涂層材的表面處理上做涂層，以改善其耐侯性及防污性的膜材。

　　PVDF PVDF是二氟化樹脂（Polyvinylidene Fluoride）的略稱，在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂涂層的材料稱為PVDF膜。PVDF膜與一般的PVC膜比較，耐用年限改善至7~10年左右。

　　PVF PVF是一氟化樹脂（Polyvinyl Fluoride）的略稱。PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹脂做薄膜狀薄片（laminate）加工，比PVDF膜的耐久性更佳，更具有防沾污的優(yōu)點。但因為加工性、施工性與防火性都不佳，所以使用用途受到限制。

　　PTFE膜（PTFE Coated Fiberglass）

　　PTFE膜是在超細玻璃纖維織物上，涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。PTFE膜****的特微就是耐久性、防火性與防污性高。但PTFE膜與PVC膜比較，材料費與加工費高，且柔軟性低，在施工上為避免玻璃纖維被折斷，須有專用治工具與施工技術。

　　耐久性：涂層材的PTFE對酸、鹼等化學物質(zhì)及紫外線非常安定，不易發(fā)生變色或破裂。玻璃纖維在經(jīng)長期使用后，不會引起強　　　　　　度劣化或張力減低。膜材顏色一般為白色、透光率高，耐久性在25年以上。

　　防污性：因涂層材為聚四氟乙烯樹脂，表面摩擦系數(shù)低，所以不易污染，可藉由雨水洗凈。

　　防火性：PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗合格的特性，可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。

　　四、工程應用體育設施—體育場館、健身中心等交通設施—機場、火車站、公交車站、高速公路收費站、加油站等文化設施—展覽/會議中心、劇場、博物館、動物園、水族館等景觀設施—建筑入口、泳池小品、小區(qū)長廊、戶外廣場、公園小品、標識性建筑等商業(yè)設施—購物中心、餐廳、步行街等工業(yè)設施—工廠、倉庫、污水處理中心、物流中心、溫室等張拉膜結(jié)構的概念設計只有正確表達結(jié)構邏輯的建筑才有強大的說服力與表現(xiàn)力“這句話揭示了張拉膜結(jié)構的精髓。對于張拉膜結(jié)構，任何附加的支撐和修飾都是多余的，其結(jié)構本身就是造型；換句話說，不符合結(jié)構的造型是不可能的，因為那樣的薄膜不是飄動的就是缺乏穩(wěn)定性的。張拉膜結(jié)構的美就在于其”力“與”形“的完美結(jié)合。

　　張拉膜結(jié)構的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結(jié)構（桅桿、拱或其他剛性構件）。

　　膜材一種新興的建筑材料，已被公認為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之后的“第六種建筑材料”。膜材本身不能受壓也不能抗彎，所以要使膜結(jié)構正常工作就必須引入適當?shù)念A張力。此外，要保證膜結(jié)構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結(jié)構為了減小結(jié)構的變形就必須增加結(jié)構的抗力；而膜結(jié)構是通過改變形狀來分散荷載，從而獲得最小內(nèi)力增長的。當膜結(jié)構在平衡位置附近出現(xiàn)變形時，可產(chǎn)生兩種回復力：一個是由幾何變形引起的；另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多，所以要使每一個膜片具有良好的剛度，就應盡量形成負高斯曲面，即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”�！案唿c”通常是由桅桿來提供的，也許是由于這個原因，有些文獻上也把張拉膜結(jié)構叫做懸掛膜結(jié)構（suspension membrane）。

　　索作為膜材的彈性邊界，將膜材劃分為一系列膜片，從而減小了膜材的自由支承長度，使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻指出，膜材的自由支承長度不宜超過15米，且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外，索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結(jié)構提供附加支撐，從而保證不會因膜材的破損而造成支承結(jié)構的倒塌。

　　膜結(jié)構設計主要包括以下內(nèi)容：

　　1，初始態(tài)分析：確保生成形狀穩(wěn)定、應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；這是一個反復修正的過程。

　　2，荷載態(tài)分析：張拉膜結(jié)構自身重量很輕，僅為鋼結(jié)構的1／5，混凝土結(jié)構的1／40；因此膜結(jié)構對地震力有良好的適應性，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)構的設計通常采用安全系數(shù)法。

　　3，主要結(jié)構構件尺寸的確定，及對支承結(jié)構的有限元分析。當支承結(jié)構的設計方法與膜結(jié)構不同時，應注意不同設計方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。

　　4，連接設計：包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。

　　5，剪裁設計：這一過程應具備必要的試驗數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）。

　　膜結(jié)構在方案階段需要考慮的問題有：

　　1，預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，關鍵節(jié)點的設計，以避免應力集中；

　　5，考慮膜材的運輸和吊裝；

　　6，耐久性與防火考慮。

　　在膜結(jié)構設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，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)構間的連接節(jié)點，降低現(xiàn)場施工量。

　　膜結(jié)構研究的主要問題有：

　　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)構響應；

　　3，結(jié)構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)構間的相互作用。

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