膜結(jié)構(gòu)設計

膜結(jié)構(gòu)的設計主要包括體形設計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設計確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點的坐標、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。充氣膜結(jié)構(gòu)是靠室內(nèi)不斷充氣，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱之間）,室內(nèi)外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實現(xiàn)較大的跨度。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預應力來提高，對膜結(jié)構(gòu)而言，任何時候不存在無應力狀態(tài)，因此膜曲面形狀較終必須滿足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學平衡，并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要準確計算結(jié)構(gòu)的變形和應力要用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預張力。在外荷載作用下膜中一個方向應力增加而另一個方向應力減少，這就要求施加初始張應力的程度要滿足在較不利荷載作用下應力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。因為膜材料比較輕柔，自振頻率很低，在風荷載作用下極易產(chǎn)生風振，導致膜材料破壞，如果初始預應力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強度儲備少，對受力構(gòu)件強度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預應力的確定要通過荷載計算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個膜結(jié)構(gòu)工程中較關鍵的一個問題。

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膜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

1.骨架式膜結(jié)構(gòu)（frame Supported Structure）

以鋼構(gòu)或是集成材構(gòu)成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構(gòu)造形式，下部支撐結(jié)構(gòu)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。

2.張拉式膜結(jié)構(gòu)（Tensio Suspensio Structure）

以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。這種體系富于表現(xiàn)力，結(jié)構(gòu)性能強，但造價稍高，施工精度要求也高。除了可實踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是較能展現(xiàn)膜結(jié) 構(gòu)精神的構(gòu)造形式. 大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構(gòu)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(gòu)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(gòu)。

3.充氣式膜結(jié)構(gòu)（Pneumatic Structure）

充氣式膜結(jié)構(gòu)是將膜材固定于屋頂結(jié)構(gòu)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。其柔美，其曲線，其剛?cè)岵?，其豐富造型，其潔白無瑕，讓人眼前一亮，回味悠長。

現(xiàn)今，城市中已越來越多地可以見到膜結(jié)構(gòu)的身影。膜結(jié)構(gòu)已經(jīng)被應用到各類建筑結(jié)構(gòu)中，在我們的城市中充當著不可或缺的角色。

膜結(jié)構(gòu)

耐用：由于高強度的膜材出現(xiàn)，再加上張拉技術的應用，使膜結(jié)構(gòu)抵御風雨的能力是一般雨蓬之類的。有的采用持久性膜材，可使用三、四十年。特別是遇到劇烈的暴風雨天氣，膜結(jié)構(gòu)建筑巍然不動，毫發(fā)不損。

藝術性：除了一般雨蓬的實用、耐用、遮風擋雨的功能外，膜結(jié)構(gòu)雨蓬更是一座雕塑，一件藝術品，給人美的視覺享受。其柔美，其曲線，其剛?cè)岵?，其豐富造型，其潔白無瑕，讓人眼前一亮，回味悠長。

經(jīng)濟性：研究表明，長期露天停放的車輛，性能損耗速度比內(nèi)停放車輛快一倍。而 采用膜結(jié)構(gòu)雨蓬更能真正呵護您的愛車,減緩您愛車的老化速度。從經(jīng)濟角度來說，投入不多卻大大延長您座騎的壽命。

透光性：透光性能好（透光率20%）。在陽光下曝曬不會產(chǎn)生黃變、霧化、透光不佳。

耐候性：表面有防紫外線的共擠層，可防止太陽紫外線引起的樹脂疲勞變黃。表面共擠層具有化學吸收紫外線并轉(zhuǎn)化為可見光。對植物光合作用有良好的穩(wěn)定效果（極適合保護各類車、貴重藝術品及展品，使其不受紫外線破壞）。

抗沖擊性：建筑膜才的沖擊強度是普通玻璃的250-300倍，是亞克力的板材的20-30倍，是鋼化玻璃的2倍，幾乎沒有斷裂的危險性，有“不破玻璃”和“響鋼”之美稱。

阻燃性：據(jù)國家GB8624-97測試屬阻燃B1級，無火滴，沒毒氣。

耐溫性：在攝氏族-40.C至＋120.C溫度范圍內(nèi)不會引起變形等品質(zhì)劣化。

輕便性：重量輕，保證棚下人和物的安全。

隔音性：隔音效果佳。

膜結(jié)構(gòu)的設計與施工

由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度,抗剪強度也很差,因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預張應力來提高,對膜結(jié)構(gòu)而言,任何時候不存在無應力狀態(tài),因此膜曲面形狀終必須滿足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學平衡,并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。防火性與抗震性膜結(jié)構(gòu)建筑所采用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高溫性，故能很好的滿足防火要求。