膜結構工程實例

2008年竣工的北京奧運會場館“鳥巢”和“水立方”膜結構采用ETFE膜材，是目前國內(nèi)很大的ETFE膜材結構建筑，膜材采用進口產(chǎn)品。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。“鳥巢”采用雙層膜結構，外層用ETFE防雨雪防紫外線，內(nèi)層用PTFE達到保溫、防結露、隔音和光效的目的?！八⒎健辈捎秒p層ETFE充氣膜結構，共1437塊氣枕，每一塊都好像一個“水泡泡”，氣枕可以通過控制充氣量的多少，對遮光度和透光性進行調(diào)節(jié)，有效地利用自然光，節(jié)省能源，并且具有良好的保溫隔熱、消除回聲，為運動員和觀眾提供溫馨，安逸的環(huán)境。

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膜結構建筑特點

膜結構建筑是用輕質(zhì)高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成的具有一定剛度的穩(wěn)定曲面、可承受一定荷載、能夠覆蓋大空間的結構形式。由于充分發(fā)揮了材料抗拉強度高的特性,使得膜結構建筑具有以下優(yōu)點:

1.1 跨度大

據(jù)有關資料推測,跨度越大的建筑,采用膜結構越能體現(xiàn)其經(jīng)濟性。目前充氣結構建筑的無內(nèi)柱空間路度可做到200m以上。

1.2 結構重量輕

膜材本身質(zhì)輕,支承膜材的鋼桿、鋼架與鋼索比相應的鋼筋混凝土也減輕不少重量。1970年日本大阪世界博覽會中的美國館,屋面重量每平方米僅1122kg。

膜結構建筑常用結構型式：張拉膜結構

張拉膜結構是通過邊界條件給膜材施加一定的預張應力,膜既是建筑物的維護體又作為結構以抵抗外部荷載的作用,因此在一定的初始條件下,其形狀的確定、在外荷載作用下膜中應力分布與變形以及怎樣用二維的膜材料來模擬三維的空間曲面等一系列復雜的問題,都需通過計算確定,張拉膜結構的發(fā)展離不開計算機技術的進步和新算法的提出。此后持久性膜結構正式在美國風行，許多學者對膜結構進行了深入的研究。

膜結構建筑常用結構型式：充氣膜結構

氣承式膜結構依靠曲面內(nèi)外氣壓差來維持膜曲面的形狀。空間上的離散化是將結構體系離散為單元和結點，并假定其質(zhì)量集中于結點上。 氣承式膜結構是在由膜結構構成的室內(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造形式。充氣膜結構分為單層結構和雙層結構,單層結構如同肥皂泡,單層膜的內(nèi)壓大于外壓。此結構具有大空間,重量輕,建造簡單的特點。但需要不斷輸入超壓氣體及需日常維護管理。雙層結構是雙層膜之間充入氣體,和單層相比可以充入高壓空氣,形成具有一定剛性的結構,而且進出口可以敞開。