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膜结构介绍
结构又叫张拉膜结构(Tensioned Membrane structure), 是以建筑织物,即膜材料为张拉主体,与支撑构件或拉索共同组成的结 构体系,它以其新颖独特的建筑造型,良好的受力特点,成为大跨度空 间结构的主要形式之一。

膜材料是指以聚酯纤维基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂层,配以优质的PVC组成的具有稳定的形状,并可承受一定载荷的建筑纺织品。它的寿命因不同的表面涂层而异,一般可达成12—50年。

膜结构建筑的特点及应用领域: 膜结构是一种全新的建筑结构形式,它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体,具有很高技术含量。其曲面可随着建筑师的设计需要任意变化,结合整体环境建造...... 【详细介绍】

 

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膜建筑概论
类别:行业动态 您是第 3887 位读者 发布日期:2010/11/8 
张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure),是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索共同构成结构体系。在阳光的照射下,由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光,无强反差的着光面与阴影的区分,室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚,建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空,建筑物的体型显现出梦幻般的效果。张拉膜结构特别适合用来建造城市标志性建筑的屋顶,如体育与娱乐性场馆,需要有广告效应的商场、餐厅等。城市的交通枢纽是城市命脉的关键性建筑,使用功能要求建筑物各组成单元的标志明确。因而近来年,这类建筑越来越多采用膜结构。建筑膜材料的使用寿命为25年以上。在使用期间,在雪或风荷载作用下均能保持材料的力学形态稳定不变。如建成于1973年的美国加州LaVerne大学的学生活动中心和1982年在德国法兰克富为空中客车公司建造的停机库(可停留8架A-300客机),跟踪测试与材料的加载与加速气候变化的试验,证明它的膜材料的力学性能与化学稳定性指标下降了20%至30%,但仍可正常使用。膜的表层光滑,具有弹性,大气中的灰尘、化学物质的微粒极难附着与渗透,经雨水的冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性。 
      膜结构的外形是由对其施加的预应力所决定的,不同的预应力将对应不同的外形。这样,膜结构的设计就打破了传统的"先建筑,后结构"的做法,要求建筑师要与结构工程师相互配合,共同确定膜结构的外形。 膜结构是艺术与技术完美结合的产物:充满张力自然曲线的空间膜体、高耸的桅杆、坚如射束的根根钢索、富于机械艺术表现魅力的钢制大型节点,都给人以别具一格的艺术感染力。 从1955年膜结构的开拓者德国建筑师弗赖·奥托在德国联邦花园展示会上建造出第一座张拉膜结构至今,不过短短47年时间。然而,正是在这近半个世纪里,随着建筑材料科学、计算机科学和施工技术的进步,膜结构建造技术得到了迅速的发展。早在20世纪七、八十年代,膜结构就已经在西方国家中被广泛应用。空间形态的多样性和绚丽多姿的夜景效果使膜结构在当今世界范围内的建筑环境设计中占有举足轻重的地位。膜结构使用的膜材是一种强度高、柔韧性好的高分子材料,具有其它常规膜材(如:极易粘附灰尘和降解老化的遮阳或帐篷用膜材)所无法比拟的诸多优点:轻质、柔韧、耐久、防火、透光性好、不易被污染 “只有正确表达结构逻辑的建筑才有强大的说服力与表现力”这句话揭示了张拉膜结构的精髓。对于张拉膜结构,任何附加的支撑和修饰都是多余的,其结构本身就是造型;换句话说,不符合结构的造型是不可能的,因为那样的薄膜不是飘动的就是缺乏稳定性的。张拉膜结构的美就在于其“力”与“形”的完美结合。 张拉膜结构的基本组成单元通常有:膜材、索与支承结构(桅杆、拱或其他刚性构件)。 膜材一种新兴的建筑材料,已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。膜材本身不能受压也不能抗弯,所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。此外,要保证膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力;而膜结构是通过改变形状来分散荷载,从而获得最小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时,可产生两种回复力:一个是由几何变形引起的;另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,所以要使每一个膜片具有良好的刚度,就应尽量形成负高斯曲面,即沿对角方向分别形成“高点”和“低点”。“高点”通常是由桅杆来提供的,也许是由于这个原因,有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构(suspension membrane)。 索作为膜材的弹性边界,将膜材划分为一系列膜片,从而减小了膜材的自由支承长度,使薄膜表面更易形成较大的曲率。有文献指出,膜材的自由支承长度不宜超过15米,且单片膜的覆盖面积不宜大于500平米。此外,索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑,从而保证不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。 膜结构设计主要包括以下内容: 1,初始态分析:确保生成形状稳定、应力分布均匀的三维平衡曲面,并能够抵抗各种可能的荷载工况;这是一个反复修正的过程。 2,荷载态分析:张拉膜结构自身重量很轻,仅为钢结构的1/5,混凝土结构的1/40;因此膜结构对地震力有良好的适应性,而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于目前观测资料尚少,故对膜结构的设计通常采用安全系数法。 3,主要结构构件尺寸的确定,及对支承结构的有限元分析。当支承结构的设计方法与膜结构不同时,应注意不同设计方法间的系数转换。 4,连接设计:包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。 5,剪裁设计:这一过程应具备必要的试验数据,包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值(应通过双轴拉伸试验确定)。 膜结构在方案阶段需要考虑的问题有: 1,预张力的大小及张拉方式; 2,根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式; 3,考虑膜面及其固定件的形状以避免积水(雪); 4,关键节点的设计,以避免应力集中; 5,考虑膜材的运输和吊装.


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