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膜资料主要有PVC膜材, PTFE膜材及ETFE膜材
信息来源:   发布时间:2018-5-15   浏览:

膜结构与传统的修建结构相比,形体多样、重量轻,可获得较大跨度的修建空间,具有较好的经济效益。膜结构的加工和制造均在工厂内完结,仅在现场装置即可,与混凝土结构相比大大缩短了了施工工期。 膜结构具有易拆,易建,易搬家和易更新的特色,膜结构具有较低的能耗、较高的反射性和较低的吸光率, 已被广泛用于大型的体育场馆和公共修建。如美国丹佛国际机场,英国的格林威治的“千年穹顶”张拉膜结构。这些年中国的膜结构也有了较快的开展,上海八万人体育场馆变成中国第一个永久性的膜结构工程, 2008年奥运场馆“鸟巢”及2010年上海世博轴的建成表明了膜结构在中国得到了较快的开展。这种共同的修建办法得到了越来越多的关注和开展。这篇文章主要从膜材,膜结构类型的挑选及找形办法和节点衔接方面剖析了膜结构的特色,并联系上海世博挪威馆剖析了膜结构的使用。

1膜资料物理及力学功能剖析

膜资料主要有PVC膜材, PTFE膜材及ETFE膜材。

2膜结构形状及特色剖析

2.1 骨架式

骨架式膜结构以钢构或集成资料构成房顶骨架在其上张拉膜材的结构办法。?其下部支撑安定性高, 因房顶外型比照单一,开口不易受限制,具有经济效益高级特色,广泛使用于任何巨细规模的空间。

2.2 充气式

充气式膜结构的基本办法有气承式、双层或多层气垫式、气肋式等。充气式膜结构是将膜材固定于房顶结构周边并使用送风系统到室内使气压上升到必定压力今后室表里发生必定的压力差以反抗外力,使用气压差来支撑整个结构及外荷载,钢索仅作为辅佐构件,无需任何的梁柱能够到达更大的空间,一起施工方便,经济效益高,但其维护费用贵重,操控气压的难度较大,空间密闭和“袋装效应”等不足限制了其使用。

2.3 张拉式

张拉膜结构以钢索、钢结构构件等为鸿沟,经过张拉鸿沟或顶升飞柱等手段给膜面施加张力,以坚持规划的形状并接受荷载. 张拉膜结构主要由三有些构成:张拉膜材、加强膜面的脊索或骨索、索膜系统的支撑,支撑主要为钢结构,也可选用混凝土结构及木结构。其修建外型五光十色,能充分体现修建艺术的办法,这些年大型跨度空间也多使用以钢索与紧缩资料构成钢索网来支撑上部膜材。因为这种结构办法具有施工需求精度高,结构功能强以及丰富的表现力特色,所以造价略高于骨架式膜结构。

2.3.1 张拉式膜结构的外型

张拉膜结构的基本办法主要有马鞍形、伞形(圆锥形)、拱支承形、脊谷形等。鞍形曲面是典型的互反曲面办法,它由4 个不共面的角点和衔接角点的边际构件围合而成在这4个角点中,一般有两个对角点为高点 ,另两个为低点。鞍形膜结构的边际构件能够是混凝土梁或空间钢桁架,即构成所谓的刚性鸿沟;也能够选用边索,经过对其施加较大的预张力构成柔性鸿沟。因为柔性鸿沟能够较好地习惯膜面的变形,防止膜面在装置和受荷过程中呈现褶皱,因此较为常用。伞形膜结构也是常见的张拉膜结构办法之一,这种结构办法的特色在于,膜单元的周边相对位置较低,大都固定在刚性边梁或柔性边索上;在膜单元的中部设有一个(或多个) 高点,多经过独立柱、飞柱或悬挂环的支承来完成;整个膜面呈锥形。此外,为了防止在高点邻近的膜材内部应力过大,当膜单元跨度较大时一般会在高点和鸿沟支承点之间设置脊索,以改动结构内部的传力途径,防止膜材呈现应力会集。伞形曲面还能够倒置后使用于工程中。拱支式膜结构以拱为膜材供给接连的支承点,结构平面大都为圆形或近似椭圆形。当跨度较大时,常在中心拱与下部边际构件之间安置正交索网。拱支式膜结构大都用于封闭式修建中。如加拿大加尔格里的林赛公园体育中心即是典型的拱支式膜结构。脊谷形膜结构是在两高点之间安置相互平行的脊索、在两低点之间安置谷索, 凹凸相间,曲面呈波浪形,脊索和谷索之间的膜面构成负高斯曲率曲面。当结构跨度较大或荷载较大时,还可在脊索和谷索之间恰当安置一些横向的加强索。脊谷式膜结构的结构平面大都呈矩形。

2.3.2张拉膜结构的支承系统

张拉膜结构工程按支承结构及鸿沟束缚可分为三种类型:柔性支承系统、刚性支承系统、混合支承系统(刚性支承、柔性鸿沟)。

柔性鸿沟膜结构和刚性支承、柔性鸿沟膜结构,以柔性的钢索为鸿沟,且衔接膜节点板与支承结构、已有修建或锚固根底的衔接段常做成长度可调理、在其他方向上能够滚动,以较好地习惯荷载作用下的变形及二次张拉。这种鸿沟办法格外适用于选用PVC 掩盖膜材的工程,对规划及制造、装置的精度需求也相对较低。国内当前的膜结构工程绝大多数都选用柔性鸿沟。刚性鸿沟的膜结构,膜面的所有鸿沟都为刚性构件。相关于柔性鸿沟而言,刚性鸿沟的膜结构外型更为简捷、受工程场所束缚少,但其外型受鸿沟的影响更为显着,且精度需求更高。

2.4 膜结构的找形办法

关于膜结构,形状确认是膜结构规划的要害所在,当前膜结构的找形办法主要有:力密度法,动力松弛法及非线性有限元法,同济大学张其林等提出的根据最小二乘法的求解理论,浙江大学的孙炳南教授等提出了综合力密度法和动力松弛法的找形战略。闻名的膜结构规划软件EASY即是用力密度法找形的。

2.5 节点剖析

节点是膜结构规划和施工的要害环节,不只关系到构件加工制造的难易,施工的作用还关系到全体结构的耐久性和牢靠性。节点规划时不只要满意强度,习惯较大变形的才能,节点和防腐和防水还要充分考虑施工张拉的需求。

节点的衔接主要有膜与膜的衔接、膜与索的衔接、索与索的衔接、膜与支撑构件的衔接、索与支撑构件的衔接。膜与膜的衔接办法主要有缝合衔接、机械衔接、粘结衔接、热熔衔接和束带衔接。膜与索的衔接主要有单边衔接与双方衔接。索与索的衔接主要有节点板衔接和夹板夹具衔接。膜与支撑构件的衔接主要有夹板衔接、绳轨衔接和束带衔接。索与支撑构件的衔接主要有耳板衔接与套箍衔接。

膜结构与传统的修建结构相比,形体多样、重量轻,可获得较大跨度的修建空间,具有较好的经济效益。膜结构的加工和制造均在工厂内完结,仅在现场装置即可,与混凝土结构相比大大缩短了了施工工期。 膜结构具有易拆,易建,易搬家和易更新的特色,膜结构具有较低的能耗、较高的反射性和较低的吸光率, 已被广泛用于大型的体育场馆和公共修建。如美国丹佛国际机场,英国的格林威治的“千年穹顶”张拉膜结构。这些年中国的膜结构也有了较快的开展,上海八万人体育场馆变成中国第一个永久性的膜结构工程, 2008年奥运场馆“鸟巢”及2010年上海世博轴的建成表明了膜结构在中国得到了较快的开展。这种共同的修建办法得到了越来越多的关注和开展。这篇文章主要从膜材,膜结构类型的挑选及找形办法和节点衔接方面剖析了膜结构的特色,并联系上海世博挪威馆剖析了膜结构的使用。

1膜资料物理及力学功能剖析

膜资料主要有PVC膜材, PTFE膜材及ETFE膜材。

2膜结构形状及特色剖析

2.1 骨架式

骨架式膜结构以钢构或集成资料构成房顶骨架在其上张拉膜材的结构办法。?其下部支撑安定性高, 因房顶外型比照单一,开口不易受限制,具有经济效益高级特色,广泛使用于任何巨细规模的空间。

2.2 充气式

充气式膜结构的基本办法有气承式、双层或多层气垫式、气肋式等。充气式膜结构是将膜材固定于房顶结构周边并使用送风系统到室内使气压上升到必定压力今后室表里发生必定的压力差以反抗外力,使用气压差来支撑整个结构及外荷载,钢索仅作为辅佐构件,无需任何的梁柱能够到达更大的空间,一起施工方便,经济效益高,但其维护费用贵重,操控气压的难度较大,空间密闭和“袋装效应”等不足限制了其使用。

2.3 张拉式

张拉膜结构以钢索、钢结构构件等为鸿沟,经过张拉鸿沟或顶升飞柱等手段给膜面施加张力,以坚持规划的形状并接受荷载. 张拉膜结构主要由三有些构成:张拉膜材、加强膜面的脊索或骨索、索膜系统的支撑,支撑主要为钢结构,也可选用混凝土结构及木结构。其修建外型五光十色,能充分体现修建艺术的办法,这些年大型跨度空间也多使用以钢索与紧缩资料构成钢索网来支撑上部膜材。因为这种结构办法具有施工需求精度高,结构功能强以及丰富的表现力特色,所以造价略高于骨架式膜结构。

2.3.1 张拉式膜结构的外型

张拉膜结构的基本办法主要有马鞍形、伞形(圆锥形)、拱支承形、脊谷形等。鞍形曲面是典型的互反曲面办法,它由4 个不共面的角点和衔接角点的边际构件围合而成在这4个角点中,一般有两个对角点为高点 ,另两个为低点。鞍形膜结构的边际构件能够是混凝土梁或空间钢桁架,即构成所谓的刚性鸿沟;也能够选用边索,经过对其施加较大的预张力构成柔性鸿沟。因为柔性鸿沟能够较好地习惯膜面的变形,防止膜面在装置和受荷过程中呈现褶皱,因此较为常用。伞形膜结构也是常见的张拉膜结构办法之一,这种结构办法的特色在于,膜单元的周边相对位置较低,大都固定在刚性边梁或柔性边索上;在膜单元的中部设有一个(或多个) 高点,多经过独立柱、飞柱或悬挂环的支承来完成;整个膜面呈锥形。此外,为了防止在高点邻近的膜材内部应力过大,当膜单元跨度较大时一般会在高点和鸿沟支承点之间设置脊索,以改动结构内部的传力途径,防止膜材呈现应力会集。伞形曲面还能够倒置后使用于工程中。拱支式膜结构以拱为膜材供给接连的支承点,结构平面大都为圆形或近似椭圆形。当跨度较大时,常在中心拱与下部边际构件之间安置正交索网。拱支式膜结构大都用于封闭式修建中。如加拿大加尔格里的林赛公园体育中心即是典型的拱支式膜结构。脊谷形膜结构是在两高点之间安置相互平行的脊索、在两低点之间安置谷索, 凹凸相间,曲面呈波浪形,脊索和谷索之间的膜面构成负高斯曲率曲面。当结构跨度较大或荷载较大时,还可在脊索和谷索之间恰当安置一些横向的加强索。脊谷式膜结构的结构平面大都呈矩形。

2.3.2张拉膜结构的支承系统

张拉膜结构工程按支承结构及鸿沟束缚可分为三种类型:柔性支承系统、刚性支承系统、混合支承系统(刚性支承、柔性鸿沟)。

柔性鸿沟膜结构和刚性支承、柔性鸿沟膜结构,以柔性的钢索为鸿沟,且衔接膜节点板与支承结构、已有修建或锚固根底的衔接段常做成长度可调理、在其他方向上能够滚动,以较好地习惯荷载作用下的变形及二次张拉。这种鸿沟办法格外适用于选用PVC 掩盖膜材的工程,对规划及制造、装置的精度需求也相对较低。国内当前的膜结构工程绝大多数都选用柔性鸿沟。刚性鸿沟的膜结构,膜面的所有鸿沟都为刚性构件。相关于柔性鸿沟而言,刚性鸿沟的膜结构外型更为简捷、受工程场所束缚少,但其外型受鸿沟的影响更为显着,且精度需求更高。

2.4 膜结构的找形办法

关于膜结构,形状确认是膜结构规划的要害所在,当前膜结构的找形办法主要有:力密度法,动力松弛法及非线性有限元法,同济大学张其林等提出的根据最小二乘法的求解理论,浙江大学的孙炳南教授等提出了综合力密度法和动力松弛法的找形战略。闻名的膜结构规划软件EASY即是用力密度法找形的。

2.5 节点剖析

节点是膜结构规划和施工的要害环节,不只关系到构件加工制造的难易,施工的作用还关系到全体结构的耐久性和牢靠性。节点规划时不只要满意强度,习惯较大变形的才能,节点和防腐和防水还要充分考虑施工张拉的需求。

节点的衔接主要有膜与膜的衔接、膜与索的衔接、索与索的衔接、膜与支撑构件的衔接、索与支撑构件的衔接。膜与膜的衔接办法主要有缝合衔接、机械衔接、粘结衔接、热熔衔接和束带衔接。膜与索的衔接主要有单边衔接与双方衔接。索与索的衔接主要有节点板衔接和夹板夹具衔接。膜与支撑构件的衔接主要有夹板衔接、绳轨衔接和束带衔接。索与支撑构件的衔接主要有耳板衔接与套箍衔接。

3上海世博挪威馆实例剖析

海世博挪威馆主体结构为木结构,顶面为膜结构。上海世博挪威馆的主体结构由15颗树构成,树与根底经过预埋螺栓衔接,树与膜结构用预埋钢板和衔接件衔接,四周以采光较好的玻璃幕墙作为围护结构。经过各种膜资料物理力学功能和报价的比照剖析,挪威馆选用了PTFE膜材,考虑到与木结构的联系及排水和避雷规划,该馆选用EASY软件进行了找形剖析,选用了张拉式膜结构中的马鞍型式。该马鞍型结构在高点设置避雷,在低点设置集水盒用于扫除雨水。

3.1 挪威馆的顶面膜结构

挪威馆的顶面膜结构由四角点帆船膜、眼角膜和盖膜三有些构成。帆船膜的四角别离与树枝的四个角点相连经过衔接件和预埋钢板焊接相连, 帆船膜之间用束带相衔接,眼角膜与帆船膜用热熔办法衔接,其叠合宽度为10cm,膜结构与木结构经过钢板预先与木结构上的预埋铁件焊接,然后经过螺栓与钢板衔接。

四角帆船膜眼角膜盖膜

3.2 节点衔接

木结构树干与树枝的用钢销钉衔接,各个树枝的经过高强度螺栓与预埋于树枝的钢板衔接, 膜结构与树枝有些经过衔接件与预埋于木结构的钢板进行焊接。衔接件为了防止发生应力会集选用弧形过渡。膜材与衔接件经过加强PTFE束带衔接。束带经过对称设置确保了传力的均匀性到达了预期作用。在帆船膜完结后,在其上用热熔法覆上盖膜,到达了杰出的防水作用。

3.3节点的防水处置

膜结构节点的防水处置是节点处置的要害,挪威馆的防水处置选用的处置办法:

首先将雨水集水盒放置在四个树枝预埋铁件交接处的最低点,与沿树枝的雨水管经过一段热镀锌的钢管相连,钢管与集水盒经过焊接办法衔接在一起,集水盒用一样的膜资料经过打胶进行包边处置确保了整个集水盒的密封性。

4定论

(1)这篇文章剖析了各种膜材的物理力学特性,进行了比照剖析,联系造价等要素挑选了PTFE作为挪威馆的膜材。

(2)这篇文章总结了膜结构的三种基本的型式和找形选用的办法,并侧重剖析了张拉式膜结构4种常见的外型,联系挪威馆的实际情况选用了马鞍式的结构外型,并用EASY软件进行了找形剖析。

(3)挪威馆选用木结构作为支撑系统,支撑顶面的膜结构,膜结构与木结构经过预埋钢板与衔接件衔接,传递途径明确,受力均匀合理,经过选用马鞍型办法,高点避雷,地址防水,防水结构简练牢靠,收到了杰出作用,证明了木结构与膜结构联系的可行性与牢靠性。

3上海世博挪威馆实例剖析

海世博挪威馆主体结构为木结构,顶面为膜结构。上海世博挪威馆的主体结构由15颗树构成,树与根底经过预埋螺栓衔接,树与膜结构用预埋钢板和衔接件衔接,四周以采光较好的玻璃幕墙作为围护结构。经过各种膜资料物理力学功能和报价的比照剖析,挪威馆选用了PTFE膜材,考虑到与木结构的联系及排水和避雷规划,该馆选用EASY软件进行了找形剖析,选用了张拉式膜结构中的马鞍型式。该马鞍型结构在高点设置避雷,在低点设置集水盒用于扫除雨水。

3.1 挪威馆的顶面膜结构

挪威馆的顶面膜结构由四角点帆船膜、眼角膜和盖膜三有些构成。帆船膜的四角别离与树枝的四个角点相连经过衔接件和预埋钢板焊接相连, 帆船膜之间用束带相衔接,眼角膜与帆船膜用热熔办法衔接,其叠合宽度为10cm,膜结构与木结构经过钢板预先与木结构上的预埋铁件焊接,然后经过螺栓与钢板衔接。

四角帆船膜眼角膜盖膜

3.2 节点衔接

木结构树干与树枝的用钢销钉衔接,各个树枝的经过高强度螺栓与预埋于树枝的钢板衔接, 膜结构与树枝有些经过衔接件与预埋于木结构的钢板进行焊接。衔接件为了防止发生应力会集选用弧形过渡。膜材与衔接件经过加强PTFE束带衔接。束带经过对称设置确保了传力的均匀性到达了预期作用。在帆船膜完结后,在其上用热熔法覆上盖膜,到达了杰出的防水作用。

3.3节点的防水处置

膜结构节点的防水处置是节点处置的要害,挪威馆的防水处置选用的处置办法:

首先将雨水集水盒放置在四个树枝预埋铁件交接处的最低点,与沿树枝的雨水管经过一段热镀锌的钢管相连,钢管与集水盒经过焊接办法衔接在一起,集水盒用一样的膜资料经过打胶进行包边处置确保了整个集水盒的密封性。

4定论

(1)这篇文章剖析了各种膜材的物理力学特性,进行了比照剖析,联系造价等要素挑选了PTFE作为挪威馆的膜材。

(2)这篇文章总结了膜结构的三种基本的型式和找形选用的办法,并侧重剖析了张拉式膜结构4种常见的外型,联系挪威馆的实际情况选用了马鞍式的结构外型,并用EASY软件进行了找形剖析。

(3)挪威馆选用木结构作为支撑系统,支撑顶面的膜结构,膜结构与木结构经过预埋钢板与衔接件衔接,传递途径明确,受力均匀合理,经过选用马鞍型办法,高点避雷,地址防水,防水结构简练牢靠,收到了杰出作用,证明了木结构与膜结构联系的可行性与牢靠性。


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