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膜结构是一种建筑与结构完美结合的结构体系,是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面,能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、柔美,充满力量感,阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点。
 


膜结构又称为索膜结构、张拉膜、张力膜亦或是空间膜。它是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面,能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、柔美,充满力量感,阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点,因而使它在世界各地受到广泛应用。

   膜结构建筑作为新的建筑形式于本世纪五十年代在国际上开始出现,至今已有四十多年的历史,特别是到了七十年代以后,膜结构的应用得到了迅速发展。膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择。

   膜结构一改传统建筑材料而使用膜材,其重量只是传统建筑的三十分之一。而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现时所遇到的困难,可创造巨大的无遮挡的可视空间。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点,因而使它在世界各地受到广泛应用。另外值得一提的是,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。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。

   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。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化,结合整体环境,建造出标志性的形象工程。

艺术性: 充分发挥建筑师的想象力,又体现结构构件清晰受力之美。
   
  经济性: 由于膜材具有一定的透光率,白天可减少照明强度和时间,能很好地节约能源。同时夜间彩灯透射 
   
  形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。
   
  大跨度: 膜结构可以从根本克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现所遇到的困难,可创造巨大的无遮
   
  挡可视空间,有效增加空间使用面积。
   
  自洁性: 膜建筑中采用具有防护涂层的膜材,可使建筑具有良好的自洁效果,同时保证建筑的使用寿命。
   
  工期短: 膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成,可减少现场施工时间,避免出现施工交叉,相对传
   
  统建筑工程工期较短。膜建筑可广泛应用于大型公共设施:体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览
   
  中心、购物中心、站台等,又可以用于休闲设施、使用工业设施及标志性或景观性建筑小品等。

膜结构的主要优点:

第一:高强度,重量轻,大跨度。
   这种结构形式所采用的材料是高强度织物材料,经纬交织,双面PVDF涂层,耐久性10年以上;且重量轻,相当于普通钢结构屋面的1/10;所以能满足大跨度的要求。
   第二:力与柔的完美结合,千变万化的柔美造型。
   这种膜材料是柔性的,因为是经纬交织受力,也就能形成完美的正、负高斯曲率的双曲流线形,如我们熟知的马鞍形等,加之高强钢索在边界的预张力及骨架结构的支撑,能够充分体现力与柔的完美结合并能呈现出千变万化的造型形态。
   第三:五彩斑斓的色彩景象。
   这种薄膜材料是透光的,其厚度在1mm左右,颜色上有多种选择,能透射、散射及折射自然光,白天正常的透射比在10%到20%之间,如果是屋顶结构则在白天正常状态下无须照明采光;在夜间,其散射特性在各色灯光的照射下又提供了五彩斑斓的夜间景象.
   第四:耐温、耐腐及自洁性好。
   这种薄膜材料能在-20到70度之间工作,加之重量轻,安全性能亦好;普通材料的防火安全等级达到B1级水平;能在盐碱的环境中正常工作,并有一定的自洁性能,膜面能在雨水及人工淋水的情况下保持自身的清洁。
   第五:工期短,拆装方便。
   结构形式的简洁明了,以及专业的设计、制作工艺流程,交互工作的机制,使得这种结构类型制作工期大大缩短;可调节及装卸的节点形式使得移动工程变为可能。
   第六:经济性。
   相对于普通的大跨钢屋面结构其成本在1/2左右;如今,在健康主导的和谐社会里,张拉膜结构形式将成为主流,为你我搭建一片遮阴避雨的场所,为你我增添一道美丽的风景线。 


一、膜结构的分类
膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构(Tension/Suspension membrane structure)、骨架式膜结构(Frame membrane strcture,Cable dome membrane structure)、组合式膜结构(Compound membrane structure)等几大类。

充气式膜结构又可分为气承式膜结构(Air-supported membrane structure)和气胀式膜结构(或叫气肋式膜结构)(Inflated membrane structure)。气承式膜结构是通过压力控制系统向建筑物室内充气,使室内外保持一定的压力差,膜体受到上浮力,并产生一定的预张力,以保证体系的刚度。室内设置空压自动调节系统,来不断地调整室内气压,以适应外部荷载的变化。气胀式膜结构是向单个膜构件内充气,使其保持足够的内压,多个膜构件进行组合形成一定形状的一个整体受力体系,这种结构对膜材自身的气密性要求很高,或需不断地向膜结构构件内充气。

张拉式膜结构是现代膜结构建筑的重要组成部分,膜面一般为负高斯曲面,因此,它体形丰富、自然流畅、曲面柔美,倍受建筑师们的青睐。但这种结构体系受力分析复杂,对施工精度要求高,因此,其设计计算、加工制作及施工工艺难度都较大。

骨架式膜结构是自身封闭的、稳定的骨架体系(一般是钢桁架体系、网架结构、索网结构或张拉整体体系等)与膜材料共同组成一个结构受力体系。该体系施工与常规结构相似(除索网或张拉整体体系等的自身施工外),较易被工程界理解和接受,但为了让膜具有一定的刚度,骨架体系提供给膜的支撑系统一般要有一定的曲度,并应设置向膜中施加预应力的机构。

组合式膜结构通常为在自身稳定的桁架体系上划分若干个单元,每个单元上布置张拉式膜结构单元,膜单元之间在受力上基本上是相互独立的,可以认为是多个简单张拉式膜结构单体的物理组合,受力的复杂性介于张拉式膜结构与骨架式膜结构之间。这种体系在目前膜结构体育场罩篷中也有较广泛的应用。

二、膜结构的特点
各种类型的膜结构形式在受力分析、设计构造、制作安装等方面难易程度有很大不同,应用上也不尽相同,但它们有如下共同特点:

(1) 自重轻
在建造大型共公建筑时,具有较好的性能价格比。在大跨度的结构中采用膜结构要比传统结构轻一个或几个数量级,且单位面积的结构自重与造价也不会随跨度的增加而明显地增加。

(2) 造型优美、富有时代气息
膜结构突破了传统的建筑结构形式,易做成各种造型,且色彩丰富,在灯光的配合下易形成夜景,给人以现代美的享受。又由于其技术上的先进性,膜结构被誉为现代建筑高科技,是21世纪的建筑。

(3) 减少能源消耗
膜材料自身透光性较好,透光率在7%~20%左右,可充分利用自然光,白天使用不需人工照明,完全能满足各种体育比赛等活动需要;膜材料对光的折射率在70%以上,在日光照射下,室内形成柔和的散光,给人以舒适、梦幻般的感受。

(4) 施工速度快
膜片的裁剪制作、钢索及钢结构等制作均在工厂内完成,可与下部钢筋混凝土结构或构件等同时进行,在施工现场只是钢索、钢结构及膜片的连接安装定位及张拉的过程,故在现场的施工安装比较文明、迅速快捷。

(5) 经济效益明显
虽然膜结构建筑项目目前来说一次投资稍大,但由于此类结构的日常维护费用极小(被称为“免维护结构”),从长远来看,经济效果非常明显。此类结构若用于超大跨度建筑中,则有更为突出的价格优势。索膜结构的经济优势是与空间跨度和技术难度成正比的。

(6) 使用安全可靠
由于其自重轻,抗震性能比较好;膜结构属柔性结构,能够忍受很大的位移,不易整体倒塌;且膜材料一般都是阻燃材料,也不易造成火灾。

(7) 易做成可拆卸结构,易于运输,可用作巡回演出、展览等
如美国某公司设计制作的音乐蓬覆盖面积300多平方米,其拆卸和安装只需用不足6个小时。

(8) 使用范围广
从气候条件看,它适用于从阿拉斯加到沙特这样广阔的地域;从规模上看,可以小到单人帐蓬、花园小品,大到覆盖几万、几十万平方米的建筑。甚至有人曾设想覆盖一个小城,实现人造自然。

三、膜结构的应用范围
目前国内外已修建的各种膜结构建筑中,主要用于以下几个方面:
1) 大型体育设施:如棒球场、足球场、网球场、游泳馆等。
2) 娱乐中心、展览馆、音乐厅、侯机厅和大型集会场所。
3) 超级商场及酒店的中厅、过廊等。
4) 飞机库、停车场、仓库等。
5) 海滨、公园等旅游场所遮阳结构。
6) 花园、庭院等小品及城市街景。

 

 

 

 

 

 

      大型张拉膜钢结构预应力工程方案研究

      广东天幕膜结构帐篷厂. 大型张拉膜钢结构预应力工程方案研究--(特附专业术语,以便专业人士解读) 基本思路:假定刚性板,n脚埋件,先算出雨篷梁支座反力:弯矩M、剪力V,

可以肯定的是:埋板底部肯定受压破坏形式主要有三种:1、锚筋拉断 2、锚筋不断,被拨出 3,锚筋剪断查资料得出锚筋与结构化学作用的握固力Nw(化锚产家提供)

 [由公式Ntb=(πde2/4)*ftb计算出单根锚筋抗拉强度]

 [由公式Nvb=nv*(πd2/4)*fvb计算出单根锚筋抗剪强度]

 [由公式Nmax=M*y1/∑yi2计算出弯矩作用下最外侧(最外侧所受拉力最大)单根锚筋所受拉力] [if Nmax>Ntb or Nmax>Nw then ] {即其中任一项不成立均不满足} 抗拉不满足 else 抗拉满足!; [由公式Nv=V/n 计算出剪力作用下单根锚筋所受剪力] if Nv>Nvb then 抗剪不满足 else 抗剪满足!;

说明:式中所有算式均来自大田帐篷钢结构技术. 例:六脚锚板一、经结构计算已知埋件所受力如下: M=22 kN•m V=10 KN

二、强度校核:校核依据: [抗剪强度校核:Nv

[ 式中:Nmax—单根锚筋所受最大拉力 Ntb—锚筋抗拉承载力设计值] 强力植筋胶 FISV360S 在植入深度为 12cm时承载力设计值为48.4KN。]

一根Ⅱ级钢筋抗拉,抗剪强度设计值分别为: [Ntb=(πde2/4)*ftb=(π0.0122/4)*310000 =35 KN] [Nvb=nv*(πd2/4)*fvb=1*(π0.0122/4)*(310000*0.8)=28 KN] 先假定雨篷钢梁绕锚板形心转动,此时最底排锚筋必定受压,所以构件绕底排锚筋转动,顶排锚筋受拉力最大,计算顶排单根锚筋所受拉力为: Nmax=M*y1/∑yi2 Nmax =22*0.18/(0.182+0.182+0.092+0.092) Nmax=48>Ntb=35KN 抗拉强度不满足!每个锚筋所受剪力均为: [Nv=V/n=10/6=1.67KN<28KN] 抗剪安全!

此资料计算结果来自大田帐篷技术工程部,如转栽请标明出处,不明白请与大田帐篷技术工程部联系。

其它相关方案课题:(1),张拉膜顶置荷载方案. (2),张拉膜拉杆应力方案. 研讨方案命题:弧形张力状态与单位面积受力系数.

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·大田帐篷膜结构深层解析说明

  

 

大田帐篷分析:相对于传统建筑材料有着以下多种优点:
1,更自由的建筑形体塑造;
    多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造形更加多样化,新颖美观,同时能体现结构之美。
2,更好的经济效益;
    膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1/30,这就大大降低了墙体的基础的造价。同时建筑奇特的造型和夜景效果有明显的“建筑可识别性”和商业效应,其性价比更高。
3,更短的施工周期;
    膜工程中所有加工、制作与设计均可在工厂内完成,在现场只进行安装作业。相比于传统建筑的施工周期,它几乎要快一倍。
4,更低的能源损耗;
    膜材有较高的反射性及较低的光吸收性,并且热传导性较低,这极大程度上阻止太阳能进入室内。
5,更大跨度的建筑空间;
    由于自重轻,膜建筑可以不需要内部支撑大跨度覆盖空间,这使人们可以更灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。

大田帐篷关于:膜结构的种类说明:
1,张拉式膜结构;
通过钢索与膜材共同受力形式稳定曲面来覆盖建筑空间,它是索膜建筑的代表和精华,具有高度的形体可塑性和结构灵活性。
2,骨架式膜结构;通过自身稳定的骨架体系支撑膜体来覆盖建筑空间,骨架体系决定建筑形体,
体为覆盖物。
3,充气式膜结构;通过空气压力支撑膜体覆盖建筑空间,它形态单一,运用较少。

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