茂名膜結(jié)構(gòu)材料批發(fā)，張拉膜安裝公司
| 材質(zhì)低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 | 使用范圍大跨度的體育場館 |
| 產(chǎn)品類別膜結(jié)構(gòu) | 產(chǎn)地廣州 |
| 品牌茂名膜結(jié)構(gòu) | 鋼板厚度10mm |
| 規(guī)格100 | 鋼型號Q235 |
| 每平米用鋼量122 | 活動類型熱銷 |
| 特殊用途抗壓強大 |
1.1 膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展回顧
雖然人們喜歡從***廣泛的意義出發(fā)，把鐵木構(gòu)架和帆布建成的大棚,甚至以枝條和獸皮搭成的帳篷都納入膜結(jié)構(gòu)的范圍,但從嚴格的結(jié)構(gòu)受力的定義來說, 真正意義上的現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)是在20世紀50年代出現(xiàn)的。美國的沃爾特，伯德( watler. bird)在1946年為美國軍方設(shè)計制作的球形充氣雷達罩,1957年為自己家游泳池罩上的充氣膜;德國建筑師佛賴·奧托(freiotto)在1955年、1957年分別為兩屆德國聯(lián)邦園藝博覽會設(shè)計的臨時音樂臺和場館入口挑篷及音樂臺均是這一時期里程碑式的膜結(jié)構(gòu)建筑。但談及現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)大量展現(xiàn)在世人面前并風靡于世，則不得不敘述一下1970年在日本大阪舉行的萬國博覽會。本次博覽會上的美國館是一個空氣支承膜結(jié)構(gòu)。這個建筑物的蒙皮采用了先進的復(fù)合材料——建筑織物。大阪博覽會之后，作為臨時性建筑的美國館雖已拆除，但膜結(jié)構(gòu)的建筑技術(shù)卻逐漸推廣應(yīng)用到永久性的建筑上。
隨后，膜結(jié)構(gòu)建筑如雨后春筍般在各地涌現(xiàn)，比較有代表性的有:1981年的沙特阿拉伯哈吉(haj)國際航空港;1985年的沙特阿拉伯利雅德(riyadh)皇家體育場;1992年建成的日本熊本公園體育館以及1993年的美國丹佛國際機場候機大廳等。值得一提的是丹佛國際機場候機大廳屋頂由雙層ptfe膜材構(gòu)成，中間間隔600 mm，以保證大廳內(nèi)溫暖舒適并且不受飛機噪聲的影響。同時該工程也被看作寒冷地區(qū)大型封閉張拉膜結(jié)構(gòu)的成功范例。
1.2 膜結(jié)構(gòu)的主要形式
膜結(jié)構(gòu)在工程實踐中有各種應(yīng)用形式，根據(jù)構(gòu)造和受力特點，大致可分為如下幾種類型:
(1)充氣膜結(jié)構(gòu)，即薄膜的剛度由空氣壓力提供。一般兩種形式：①以室內(nèi)氣壓支承膜材的氣承式膜結(jié)構(gòu)。②充氣于特定形狀的封閉囊內(nèi)，使之形成具有一定剛度的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的氣肋狀膜結(jié)構(gòu)。
(2)張拉式膜結(jié)構(gòu)，其形狀類似帳篷。它的結(jié)構(gòu)形成機制與預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)類似，呈負高斯曲率的鞍形曲面形狀，張緊在柔性或剛性的邊緣構(gòu)件上，還可利用桅桿或立柱提供獨立的吊點;張拉式膜結(jié)構(gòu)要通過一定的張拉手段建立預(yù)應(yīng)力，使之具有必要的剛度。
(3)骨架支承膜結(jié)構(gòu)，膜材繃緊在剛性骨架上，剛性骨架是屋蓋的主要承重結(jié)構(gòu)，作為覆蓋材料的膜材則是局部范圍內(nèi)的承重單元。
(4)索彎頂，國外近幾年來用得較多的“索彎頂”(cable dome) ,實際上是空間雙層索系與覆面膜材的聯(lián)合運用，形成一種高效的大跨度輕型屋蓋結(jié)構(gòu)形式，它是一種特殊形式的索一膜結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)型式有:張拉彎頂結(jié)構(gòu)，張拉整體索彎頂結(jié)構(gòu)。
1.3 常用膜材
目前業(yè)界比較常用的膜材也是pvc和ptfe這兩種織物類膜材。其中，pvc膜材是***早得到應(yīng)用的，但由于pvc涂層中含有的增塑劑極易向表層遷移，而當該種物質(zhì)與灰塵或其他污染物粘在一起時，很難用一般清潔劑除去，因此相對于ptfe膜材，pvc膜材的自潔性要差一些。而且pvc膜材的強度特性也比ptfe膜材稍差，因此pvc類膜材多用于臨時性結(jié)構(gòu)上。后來出現(xiàn)了pvdf(聚偏二氟乙烯)膜材，這種膜材就是為了改善pvc膜材的自潔性而在其表面涂敷了pvdf涂層。再加上這類膜材具有易加工，價格便宜的優(yōu)點，因此現(xiàn)在國內(nèi)的常見臨時性膜結(jié)構(gòu)大多采用的是pvdf膜材。另外改變pvc膜材自潔性的做法還有在pvc表面粘貼含氟薄膜(如pvf)。這些方法都能改善pvc膜材料的自潔性，特別是在表面粘貼pvf薄膜(氟化乙烯)能大大改善膜材料的自潔性及抗老化性。
由于我國國家游泳中心所使用的膜材是etfe膜材，即乙烯一四氟乙烯共聚物。因此，這種膜材也就更多地進入人們的視線中。etfe( ethylene tetra fluoro ethylene)是一種含氟高分子(fluoropolymer)熱塑型( thermoplastic)材料。該種膜材與上述兩種膜材的區(qū)別之一是etfe不屬于織物類膜材，而且etfe膜材的厚度通常小于0.20mm 。
由于常被做成兩層或三層的氣墊式，且需要充氣及控制設(shè)備，etfe工程的造價折人民幣達2 400元/m2 ～3 000元/m2。但由于etfe膜材非常輕，支承結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)工程的造價可以大大地節(jié)省。就整個項目而言，利用etfe氣墊作屋蓋比較于利用傳統(tǒng)透明材料如玻璃等，其投資節(jié)省可達40%一50% 。
國際上***早的etfe工程已有20余年的歷史—1983年，由foiltec公司建造的荷蘭amhiem公園里的一座建筑。而***著名的etfe膜結(jié)構(gòu)建筑要數(shù)2001年3月對游人開放的英國伊甸園了。其建筑物覆蓋的面積有2hm2之廣，原先預(yù)計一年可達75萬參觀人次，結(jié)果才開幕8個月，參觀人次就已經(jīng)超過預(yù)期的兩倍。新穎奇特的建筑造型以及其所采用etfe膜材所特有的美麗及迷幻與高科技共同打造了它的成功。
1.4 膜結(jié)構(gòu)的性能特點
由于高性能膜材的出現(xiàn)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使膜結(jié)構(gòu)建筑具有明顯的特點:
(1)藝術(shù)、美觀： 膜結(jié)構(gòu)以造型學(xué)、色彩學(xué)為依托，可結(jié)合自然及民族風情創(chuàng)意出曲線和造型，且造型優(yōu)美、風格各異、飄逸自然，膜結(jié)構(gòu)建筑溶技術(shù)、藝術(shù)、自然美于一體，每一座膜結(jié)構(gòu)建筑都是一道亮麗的風景線，被譽為21世紀***有代表性與充滿前途的建筑形式。
(2)透光、節(jié)能、環(huán)保、杭紫外線： 膜材具有優(yōu)良的透光性，透光率為20%-95%，白天可以得到自然的漫射日光，節(jié)約大量照明能源，另外膜材具有反射光熱作用，可以節(jié)省部分作用于空調(diào)的能源。
(3)耐候性好，使用壽命長： 常用膜材以涂層聚脂織物纖維為主要材料，表面加上100%pvdp、涂層，物理性能可靠穩(wěn)定，確保其使用壽命在20年以上。
(4)自重輕、抗震性能佳： 膜材料自重僅為鋼結(jié)構(gòu)1/8,混凝土的1/40，可以建成大跨度的建筑。膜結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力使其建筑膜材尺寸持久穩(wěn)定，能夠抵抗狂風、大雪、地震等。
(5)防火、防潮、自潔： 膜材料表面經(jīng)防護涂層處理后，不吸水、不受潮、抗磨損，防火阻燃，且落在膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗達到自潔效果。
(6)大跨度一無柱大空間： 膜結(jié)構(gòu)從根本上克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度(無支撐)建筑上實現(xiàn)所遇到的困難，可建造出巨大、明亮、無遮擋的可視大空間。
(7)經(jīng)濟性： 對于同等大小的建筑，如果采用膜結(jié)構(gòu)，其成本只相當于傳統(tǒng)建筑的1/2或更小，特別是在建筑短期應(yīng)用的大跨度建筑時更為合算。膜結(jié)構(gòu)的主要制作在工廠完成，現(xiàn)場組裝工作量少，建筑工期為一般傳統(tǒng)建筑工期的30%，大大縮短建造的時間，而且膜結(jié)構(gòu)能夠拆卸，易于搬遷。
2、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計現(xiàn)狀
2. 1 膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程
由于索、膜等主要受力構(gòu)件均為柔性材料，必須施加預(yù)應(yīng)力，才能決定索膜結(jié)構(gòu)不同的形狀。因此，索膜建筑的設(shè)計，就是要把建筑功能、內(nèi)外環(huán)境的協(xié)調(diào)、找形和結(jié)構(gòu)傳力體系分析、材料的選擇與剪裁等集為一體，并借助于計算機的圖形和多媒體技術(shù)進行統(tǒng)籌規(guī)劃與方案設(shè)計，再用結(jié)構(gòu)找形、體系內(nèi)力分析與剪裁的軟件，完成索與膜的下料與零件的加工圖紙。設(shè)計一般分為三個步驟找出一個初始平衡形狀(form-finding即找形);各種荷載組合下的力學(xué)分析以保證安全(analysis);裁剪制作(pat-teming) 。需要解決的主要問題有:保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學(xué)效果;細化支承結(jié)構(gòu)，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀;簡化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點，降低現(xiàn)場施工量。
(1)找形設(shè)計是索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點和難點。所謂找形，就是根據(jù)膜材的特點和建筑師的要求，找出***合理的空間形體。目前比較流行的找形方法有，力密度法、動力松弛法和非線性有限元法。
(2)受力分析薄膜結(jié)構(gòu)的受力分析一般是應(yīng)用有限單元法計算結(jié)構(gòu)在雪荷載、自重等外部荷載的作用下的反應(yīng)。計算時要考慮幾何非線性，可以忽略材料的物理非線性，用newton- raphson法來求解。在靜力分析過程中，如果單元出現(xiàn)壓應(yīng)力，解決的辦法一般是忽略該單元在結(jié)構(gòu)分析中的作用，但是必須保證剛度矩陣不奇異，以便求解的順利進行。
與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，薄膜結(jié)構(gòu)的自重較小，柔度很大，自振頻率很低，因此其靜力和地震作用不起主導(dǎo)作用。而在風荷載的作用下結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生風振現(xiàn)象，使膜材撕裂破壞。因此，薄膜結(jié)構(gòu)在風載下的動力特性是目前理論和試驗研究中的難點和熱點之一。
結(jié)構(gòu)荷載分析的另一個目的是確定索、膜中初始頂張力的變化。在外荷載的作用下，薄膜中一個方向的應(yīng)力增加，而另一個方向的應(yīng)力減少。這就要求所施加的頂張應(yīng)力，一方面要在外載的作用下膜中的應(yīng)力不至于減少到零，出現(xiàn)褶皺;另一方面在***不利荷載作用下，也不可以使膜材中的應(yīng)力過大，使強度儲備過小。因此，初始頂應(yīng)力的確定要通過荷載計算來完成。同時還要考慮施工過程中產(chǎn)生的附加應(yīng)力。
(3)剪裁分析經(jīng)過找形分析得到的膜結(jié)構(gòu)幾何外形通常為三維的不可展曲面，且呈空間曲面形狀的薄膜結(jié)構(gòu)***終要由平面膜材來拼接;而工廠生產(chǎn)的膜材幅寬有限，無法也不可能用一塊薄膜材料形成膜結(jié)構(gòu)的整個表面。因此薄膜結(jié)構(gòu)的剪裁分析，就是將三維的薄膜結(jié)構(gòu)盡可能精確地展開為平面膜材，·并且確定其剪裁線的問題。
剪裁分析的結(jié)果要求:平面膜材拼接為曲面時，浪費的膜材料***少;拼接后形成的曲面同找形分析得到的初始曲面相吻合，而且頂應(yīng)力的偏差要小。這是薄膜切割加工時必須解決的問題。
2.2 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題
現(xiàn)在膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計有許多方法，但缺乏一套系統(tǒng)的理論，仍存在許多問題需要解決和研究。比如膜建筑的隔振問題、內(nèi)部環(huán)境問題、屋頂膜材的融雪問題、隔熱問題、積灰問題等，還有應(yīng)將現(xiàn)在的計算理論與計算機相結(jié)合并開發(fā)相應(yīng)的軟件，研究索膜結(jié)構(gòu)的風振響應(yīng)，解決索膜結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工過程中出現(xiàn)的問題。
裁剪分析過程中，必須選定合適的裁剪式樣并精確確定連接坐標，把膜材由空間的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)還原為平面的無應(yīng)力狀態(tài)。而一般情況下這時所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)的整體剛度趨于零。據(jù)此建立的非線性方程組將變?yōu)槠娈惙匠探M，這樣得到的解可能是病態(tài)的。所以如何把膜材由預(yù)應(yīng)力狀態(tài)還原為無應(yīng)力狀態(tài)是進行膜結(jié)構(gòu)裁剪分析中的關(guān)鍵技術(shù)，但這個問題至今還未得到很好的解決。
由于裁剪分析與膜結(jié)構(gòu)的形狀、大小、曲率、材料性能等諸多因素有關(guān)，使得目前各種裁剪方法的應(yīng)用均受到一定程度的限制。
到目前為止以有限元法為進、***普遍被采用的裁減分析方法，計算理論都是以平面膜單元作為膜結(jié)構(gòu)的計算模型。該方法是從剛性板殼大變形理論移植過來的。膜結(jié)構(gòu)作為只能抗拉的軟殼體是不適宜采用這種平面單元的，其缺點是需要過多的平面內(nèi)位移來滿足平衡的要求，而實際情況是只需要一定的平面外和平面內(nèi)的位移及曲率變化就可以了。其后果就是在后面要進行的內(nèi)力計算時，代人真實材料常數(shù)后，由于前面找形得到的極小曲面與實際可能存在的膜結(jié)構(gòu)形狀的差距在視覺上可能不大，但對計算來說卻是不能忽視的，因此計算很容易發(fā)散或出現(xiàn)皺褶。這也是其他方法的共同缺點，往往把這一連貫的過程區(qū)分成理想化的找形和實際驗算兩個階段，也就不能保證找出的形狀都能用真實的膜材建成等應(yīng)力極小曲面。膜結(jié)構(gòu)現(xiàn)有分析方法所遇到的這些困難，其主要原因是有限元法對有限元網(wǎng)格的依賴性，它們基本上都是由于有限元網(wǎng)格的存在而產(chǎn)生的。消除了網(wǎng)格也就避免了這些困難。因此，如何把無網(wǎng)格法引入膜結(jié)構(gòu)的分析中是一個值得研究的課題。
2.3 膜結(jié)構(gòu)的施工過程及存在的問題
在膜結(jié)構(gòu)中，膜材預(yù)張力是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的一個重要因素。在施工現(xiàn)場為了得到設(shè)計的平衡狀態(tài)和形狀，在張拉膜片的過程中，必須把設(shè)計預(yù)定的膜張力精確地施加到膜材中。這就要求施工人員能隨時測量、調(diào)整膜張力，避免出現(xiàn)應(yīng)力松弛區(qū)域和應(yīng)力集中區(qū)域，避免張力過大引起膜材撕裂。
另外，膜結(jié)構(gòu)中膜材的一個特性是其張力會隨時間發(fā)生松弛。如果膜材發(fā)生松弛，就會導(dǎo)致膜面下垂，在風荷載作用下發(fā)生抖顫。當這種情況發(fā)生時，需要測量膜材中的實際應(yīng)力，以確定松弛造成的膜張力減退，再根據(jù)測量結(jié)果施加、調(diào)整膜張力。第一個現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)建成至今已有好幾十年了，因此大量已建成的膜結(jié)構(gòu)需要定期進行膜張力松弛檢測。
***早依靠有經(jīng)驗的工人或工程師憑感覺來測量薄膜預(yù)張力，國內(nèi)有一些膜結(jié)構(gòu)公司可能還在采用這一方法。為了使膜結(jié)構(gòu)成為一種現(xiàn)代技術(shù)，有必要定量地評側(cè)薄膜預(yù)張力。為此，日本、美國等國家的一些膜結(jié)構(gòu)公司，相繼提出了各種膜張力測量方法，研制了一些膜張力測量裝置。
2.4 膜結(jié)構(gòu)尚待進一步研究的方面
膜結(jié)構(gòu)還需要在以下方面進行研究:
(1)如果剪裁不準確，會造成膜結(jié)構(gòu)的曲面不平整，從而影響受力性能，所以膜結(jié)構(gòu)的剪裁設(shè)計和分析方法迄今仍然是需要深入研究的重要問題。
(2)膜材經(jīng)、緯兩個方向的力學(xué)性能確實有一定差別，在膜結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)考慮其正交異性特點。
(3)膜結(jié)構(gòu)自振頻率較低，是風敏感性結(jié)構(gòu)，因而研究這類體系在風作用下的反應(yīng)是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要問題。膜結(jié)構(gòu)問題國內(nèi)外研究尚少，在許多方面基本上是空白，因而還需做大量的研究工作。
(4)將現(xiàn)在的分析理論與計算機圖形學(xué)相結(jié)合，對索膜結(jié)構(gòu)進行從初始形態(tài)確定、受力和裁剪的全過程跟蹤分析，并開發(fā)相應(yīng)的計算軟件。
(5)解決索膜結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工過程中出現(xiàn)的問題，為索膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展提供理論依據(jù)。
3、膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景
膜結(jié)構(gòu)造型新穎、重量輕，具有廣闊的發(fā)展前景，同時現(xiàn)在世界各國在大力提倡建設(shè)綠色建筑，這將膜結(jié)構(gòu)帶入了第二個“春天”。因為膜結(jié)構(gòu)的張力很強，在較大的距離內(nèi)都不需要鋼鐵的支撐，所以這就能節(jié)省很多材料。現(xiàn)在研制了一種絕熱的內(nèi)襯，叫做透明隔熱層。將這個隔熱層置于布中，就能達到很好的保溫效果，只要能將保溫工作做好，那么用來燒暖氣的燃料自然就減少了，這也就達到了節(jié)能的要求。
展望索膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景是十分令人鼓舞的，其作為21世紀***具前途的建筑結(jié)構(gòu)型式之一，不僅可作為標志性的建筑場館，同時也可以廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，為創(chuàng)造和改善人類的生活環(huán)境發(fā)揮其應(yīng)有的潛力。
4 結(jié)語
膜結(jié)構(gòu)造型新穎、重量輕，比其他結(jié)構(gòu)形式更容易實現(xiàn)大跨度、無遮攔的空間，但同時它屬于柔性結(jié)構(gòu)，受風、雨、雪等外荷載的影響比較大，變形大，采取更合理的施工手段變得越來越重要。另外，如何保證結(jié)構(gòu)的***終成形與設(shè)計相一致，除了在設(shè)計時更仔細，各部門配合更一致外，還要有一定的檢測手段來保證。造型輕盈別致、抗震及其他力學(xué)性能優(yōu)越以及具有綠色環(huán)保等優(yōu)點的膜結(jié)構(gòu)在洗盡鉛華，真實還原被人們放大或者縮小了的優(yōu)缺點之后，一定會迎來屬于它自己的一片天空。
廣州展筑膜結(jié)構(gòu)工程有限公司
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