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膜結構

日期:2014-07-19 11:41:03 / 人氣:133

 


 

      膜結構(Membrane Structure),即張拉膜結構(Tesioned Membrane Structure),是依靠膜材自身的張拉力和特殊的幾何形狀而構成穩定的承力體系。膜結構通過(鋼架、鋼柱或鋼索)一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結構,并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復雜的問題,都需要有計算來確定,因此計算機技術的迅猛發展為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,并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為進步,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產生的次生應力,完全可以避免各種不利荷載式工況產生的不測后果。膜結構(Membrane)是20世紀中期發展起來的一種新型建筑結構形式,膜結構可分為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,使室內外產生一定壓力差(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層與織物布基按照特定的工藝粘合在一起的薄膜材料。常用的氟塑材料涂層有PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)等。織物布基主要用聚酯長絲(滌綸PES)和玻璃纖維有兩種。
    膜材的粘合就是將涂層與基材合二為一組成通整體。建筑結構所用的膜材大多是以壓延成型和涂刮成型的。 所謂壓延成型,就是將選定的軟PVDF經塑煉后投入壓延機,按照所需厚度、寬度壓延成膜,立即與布基粘合,再經過軋花、冷卻即可制得壓延膜材。而涂刮成型,則是將聚氯乙烯糊均勻地涂或刮在布基上,再加熱處理即可獲得涂刮膜材,普遍的是采用刮刀直接涂刮,也有采用輥式涂刮的。
    根據表面涂層(Coating)和織物基材(Layer)不同,膜材料分為二大類。(1)A類膜材是玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹脂(PTFE),這種膜材的化學性能極其穩定,俗稱為永久膜建筑,露天使用壽命達25年以上,為不燃材料(通過A級防火測試)如:奧運鳥巢、世博軸、廣州國際機場等。 (2 ) B類型膜材料是聚酯長絲布基上涂聚偏氟乙烯(PVDF),這種膜材受自然條件如日曬雨淋等影響較大,一般使用壽命為12年至17年,是難燃材料((通過B1級防火測試)。

 

 


 

    世界上第一座充氣膜結構建成于1946年,設計者為美國的沃爾特·勃德(W.Bird),這是一座直徑為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。隨后各式各樣的充氣膜結構建筑出現在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。后來人們認為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年代初美國蓋格爾-勃格公司(Geiger-Berger Associates)開發出的符合美國永久建筑規范的特氟隆(Teflon)膜材料為膜結構廣泛應用于永久、半永久性建筑奠定了物質基礎。之后,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(室內凈面積4,6767㎡)。
    張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。

編輯:深圳市欣望角空間膜技術開發有限公司----膜結構|索膜結構|深圳膜結構|張拉膜 專注中國膜領域發展


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