膜結(jié)構(gòu)工程實例

目前國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)發(fā)展振奮人心，隨著一些大型體育館、候機大廳等建設以及2010年上海世博會和廣州亞運會等國際盛會的舉辦，為中國膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。尤其在膜材方面，中國起步晚，技術(shù)水平低，大部分膜材還主要依靠進口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市場的主流，應用比較廣泛。中國已有PTFE膜材的自主知識產(chǎn)權(quán)，性能也基本達到國外同類產(chǎn)品的要求。很多公司、科研單位以及高校都在進行PVC表面涂層材料的研究，如PVDF、納米TiO2表涂劑等的研究已初見成效，另外在表面防污自潔處理方面的研究如仿生荷葉構(gòu)筑微粗糙表面也開始起步。在引進世界的生產(chǎn)設備和工藝技術(shù)的同時，加緊消化吸收并改進創(chuàng)新，盡快開發(fā)適合中國市場需求的膜材表面處理技術(shù)，對提升中國整個產(chǎn)業(yè)用紡織品產(chǎn)品檔次和市場競爭力都具有重要意義。膜結(jié)構(gòu)建筑常用結(jié)構(gòu)型式膜結(jié)構(gòu)屬于空間結(jié)構(gòu)體系,它不同于一般的鋼、木、磚和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),是繼網(wǎng)架、薄殼、懸索結(jié)構(gòu)之后新崛起的一個結(jié)構(gòu)體系。

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索膜結(jié)構(gòu)

索膜結(jié)構(gòu)是用高強度柔性薄膜材料經(jīng)受其它材料的拉壓作用而形成的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由、輕巧、柔美，充滿力量感，節(jié)能、使用安全等優(yōu)點，因而使它在世界各地受到廣泛應用，膜結(jié)構(gòu)建筑作為新的建筑形式于本世紀五十年代在國際上開始出現(xiàn)，至今已有四十多年的歷史，特別是到了七十年代以后膜結(jié)構(gòu)的應用得到了迅速發(fā)展。膜結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為建筑師們提供了超出傳統(tǒng)建筑模式以外的新選擇。（2）主應力方向與膜材經(jīng)、緯向纖維間的夾角，這一問題變的重要是因為膜材是正交異性材料。

膜結(jié)構(gòu)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(gòu)自身重量很輕，僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/5，混凝土結(jié)構(gòu)的1/40；因此膜結(jié)構(gòu)對力有良好的適應性，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(gòu)的設計通常采用安全系數(shù)法。

3，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定，及對支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當支承結(jié)構(gòu)的設計方法與膜結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)是風敏感結(jié)構(gòu)，存在空氣動力失穩(wěn)（AerodynamicInstability）的問題。從本質(zhì)上看，結(jié)構(gòu)空氣i彈失穩(wěn)是由于結(jié)構(gòu)在振動過程中從與氣流的振型耦合中吸收能量，當吸收能量大于耗散能量時，就會產(chǎn)生能量累積，當這種能量累積達到某一閥值（臨界風速）后，結(jié)構(gòu)就會從一種低能量（穩(wěn)定）的振動形式躍遷到另一種高能量（不穩(wěn)定）的振動形式上去。所以，膜結(jié)構(gòu)存在設計風速作用下的動力失穩(wěn)問題，幸運的是至今還沒有這方面破壞的膜結(jié)構(gòu)實例。氣承式膜結(jié)構(gòu)是在由膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的室內(nèi)充入空氣,保持使室內(nèi)的空氣壓力始終大于室外的空氣壓力,由此使膜材料處于張力狀態(tài)來抵抗負載荷及外力的構(gòu)造形式。