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膜材料及其结构技术大全

来源:海德能膜公司作者:海德能膜发表时间:2013-03-14 11:39:33

  膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜~30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型,其造型较优美灵活。

  海德能膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料;涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯(PVC)和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯(Teflon)。PVC材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差,但价格便宜,容易加工制作,色彩丰富,抗折叠性能好。为改善其性能,可在其表面涂一层聚四氟乙烯涂层,提高其抗老化和自洁能力,其寿命可达到15年左右。海德能材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好,但它价格较贵,不易折叠,对裁剪制作精度要求较高,寿命一般在30年以上,适用于永久建筑。

  膜结构材料的特点:

  重量轻、强度高、防火难燃、自洁性好,不受紫外线影响、抗疲劳、 耐扭曲、耐老化、使用寿命长。具有高透光率,热吸收量很少。正是因为这种跨时代的膜材料的发明,使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑

  优越性能:自洁性、透光节能性、经济性、艺术性、防火性与抗震性、造型多样性;另外其还具有应用领域广泛、能覆盖大跨度空间及施工周期短的优点。

  膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四大问题。通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量,确定各控制点的坐标、结构形式,选用膜材和施工方案。初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度,抗剪强主芤很差,因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预应力来提高,对膜结构而言,任何时候不存在无应力状态,因此膜曲面形状最终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡,并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。目前膜结构找形分析的方法主要有动力松弛法、力密度法以及有限单元法等。膜结构考虑的荷载一般是风载和雪载。在荷载作用下膜材料的变形较大,且随着形状的改变,荷载分布也在改变,因此要精确计算结构的变形和应力要用几何非线性的方法进行。荷载分析的另一个目的是一确定索、膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应力减少,这就要求施加初始张应力的程度要满足在较不利荷载作用下应力不致减少到零,即不出现皱褶。因为膜材料比较轻柔,自振频率很低,在风荷载作用下极易产生风振,导致膜材料破坏,如果初始预应力施加过高,膜材涂变加大,易老化且强度储备少,对受力构件强度要求也高,增加施工安装难度。因此初始预应力的确定要通过荷载计算来确定。经过找形分析而形成的摸结构通常为三维不可展空间曲面,如何通过二维材料的裁剪,张拉形成所需要的三维空间曲面,是整个膜结构工程中较关键的一个问题,这正是裁剪分析的主要内容。

  在随后的几十年,建筑膜结构得到了迅猛的发展。膜结构大部分由钢材和索构成,另外与结构相结合的膜材也逐渐走向功能化、智能化。膜材具有造型轻巧自由、美观;透光、节能、环保,优良的阻燃性能;防污自洁性能;安全、寿命长等优点。基于这些优点,建筑膜材脱颖而出,膜结构被称为“21世纪的建筑”,应用于大型体育场馆、入口廊道、购物场、娱乐场、停车场、展览会场、植物观光园等建筑。