膜結(jié)構(gòu)分類

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(jì)效益高等特點(diǎn)，廣泛適用于任何大，小規(guī)模的空間。

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(yīng)用到各類建筑結(jié)構(gòu)中，在我們的城市中充當(dāng)著不可或缺的角色。

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膜結(jié)構(gòu)膜材：PTFE

PTFE膜材是在超細(xì)玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優(yōu)良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建筑膜材中很好的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。在蓋格公司領(lǐng)導(dǎo)下，美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公司共同開發(fā)持久性膜材。膜結(jié)構(gòu)的形狀確定問題有兩種類型：（1）給定預(yù)應(yīng)力分布的形狀確定問題：預(yù)先假定膜結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的分布情況，在根據(jù)受力合理或經(jīng)濟(jì)原則進(jìn)行分析計(jì)算，以得到膜的初始幾何狀態(tài)。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆涂層，使持久性的PTFE膜正式誕生。此后持久性膜結(jié)構(gòu)正式在美國風(fēng)行，許多學(xué)者對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結(jié)果表明，這種膜材的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學(xué)物質(zhì)微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強(qiáng)大生命力和廣闊的市場前景。國外對(duì)這種膜材的開發(fā)和應(yīng)用比較成熟，生產(chǎn)廠家也很多，如德國Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業(yè)株式會(huì)社、美國Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。

膜結(jié)構(gòu)工程實(shí)例

膜結(jié)構(gòu)在中國也不乏工程實(shí)例，其中規(guī)模很大、有影響力的膜結(jié)構(gòu)要數(shù)1997年竣工的上海八萬人體育場看臺(tái)罩棚張拉膜結(jié)構(gòu)工程。但該膜結(jié)構(gòu)為美國Weidlinger公司設(shè)計(jì)制作，由此也可以看出中國在該領(lǐng)域與國外先進(jìn)國家的差距很大。影響中國膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用的主要因素有：國產(chǎn)膜材料性能差，而進(jìn)口膜材料價(jià)格高；尚無商業(yè)性的膜結(jié)構(gòu)計(jì)算南輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)；人們對(duì)膜結(jié)構(gòu)缺乏足夠的認(rèn)識(shí)等。由于索膜結(jié)構(gòu)是大變形問題，在推導(dǎo)有限元方程時(shí)，需考慮位移高階項(xiàng)對(duì)應(yīng)變的影響，即考慮幾何非線性。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

常用的計(jì)算機(jī)找形方法：

（1）力密度法

索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中拉力與索長度的比值定義為力密度（ForceDensity）。力密度法（ForceDensityMethod）是由linkwitz及Schek提出來的，原先只是用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形，將膜離散為等代索網(wǎng)，后來，該方法被用于膜結(jié)構(gòu)的找形。1970年日本大阪世界博覽會(huì)中的美國館,屋面重量每平方米僅1122kg。把等代為索的膜結(jié)構(gòu)看成是由索段通過結(jié)點(diǎn)相連而成，通過確定索段的力密度，建立并求解結(jié)點(diǎn)的平衡方程，可得各自由結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

不同的力密度值，對(duì)應(yīng)不同的外形。當(dāng)外形符合要求時(shí)，由相應(yīng)的力密度即可求得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布值。由于它的造價(jià)太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，國外的生產(chǎn)廠家也不多。力密度法也可以用于求解小曲面，小曲面時(shí)膜內(nèi)應(yīng)力處處相等，肥皂膜就是建議的小曲面的例子。實(shí)際上的小曲面無法用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算方法得到，所以工程上常采用確定誤差來得到可接受的較小曲面。

力密度法的優(yōu)點(diǎn)是只需求解線性方程組，其精度一般能滿足工程要求。用力密度法找形的軟件有德國EASY（EasyForm）、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。