膜結(jié)構(gòu)設(shè)計

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要包括體形設(shè)計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設(shè)計確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點的坐標、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來提高，對膜結(jié)構(gòu)而言，任何時候不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀較終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡，并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要準確計算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個方向應(yīng)力增加而另一個方向應(yīng)力減少，這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在較不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。近期問世的哈大劇院、武漢2號線、徐州奧體館都是看臺膜結(jié)構(gòu)建筑的杰出代表。因為膜材料比較輕柔，自振頻率很低，在風(fēng)荷載作用下極易產(chǎn)生風(fēng)振，導(dǎo)致膜材料破壞，如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強度儲備少，對受力構(gòu)件強度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過荷載計算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個膜結(jié)構(gòu)工程中較關(guān)鍵的一個問題。

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膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用

我國膜結(jié)構(gòu)建筑雖然起步較晚，但是發(fā)展速度非?？?。從1997年至2001年，五年內(nèi)我國建造的膜結(jié)構(gòu)達37萬噸;2003年建造的膜結(jié)構(gòu)約18萬噸;2005年、2006年建造的膜結(jié)構(gòu)分別超過33和40萬噸。2008年北京奧運會、2010年上海世博會和廣州亞運會的舉行，以及各種類型的展覽館建設(shè)，使得我國迎來了膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展高峰期，這幾年間我國膜結(jié)構(gòu)建筑的建造規(guī)模擴張非常迅速。PVDF是聚偏氟乙烯(Po-lyvinylideneFluoride)的略稱,可以抵抗由紫外線引起的降解,顏色變化,失去光澤,抵抗腐蝕,抵抗臟污,抵抗發(fā)霉。

目前全世界膜結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在美國、日本和德國等少數(shù)幾個發(fā)達國家。其中大部分的生產(chǎn)企業(yè)都力具備產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)這一產(chǎn)業(yè)全業(yè)務(wù)鏈模式經(jīng)營。而作為膜結(jié)構(gòu)的主要材料，目前市場上主要是以是PVC膜、PVF膜、PVDF、PTFE乃至較新的ETFE 膜材為主。膜結(jié)構(gòu)的分類各自特點張拉式索膜結(jié)構(gòu)張拉式索膜建筑可謂索膜建筑的精華和代表。

膜結(jié)構(gòu)具有抗震性的因素

膜結(jié)構(gòu)具有很好的防火性和防震性。由于該建筑用的是膜材料中較好的阻燃成分和耐高溫成分，這也是膜結(jié)構(gòu)景觀棚防震性較好的精髓所在。而且，它的整體結(jié)構(gòu)性很輕巧，即使在發(fā)生時，也不會造成多大的危害力，這也是防震性較好原因之一。

還有一個防震性特點就是安裝也很便捷，快速，造型好，工期短，它的變形能力和擴張性導(dǎo)致抗震性能比傳統(tǒng)強一萬倍之多。這也和它的結(jié)構(gòu)組成分不開的。是由上面造型奇特的膜材質(zhì)和下面骨架的鋼結(jié)構(gòu)、鋼索組成的，現(xiàn)場安裝即可完成。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度，這對于建筑節(jié)能十分重要。其實膜結(jié)構(gòu)是：有體型設(shè)計、初始平衡設(shè)計、荷載分析、裁剪分析等四大步驟完成的，對于任何膜結(jié)構(gòu)而言，任何時候都不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此它的剛度和穩(wěn)定性很強，也因此它的裁剪要在準確的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力相結(jié)合的情況下完成的，這也造就了抗震性極強性能的所在。

當(dāng)然正是由于它具有的抗震能力，因此得到人們的普遍親睞，更逐漸在城市中普及開來。

PTFE類膜材料

PTFE類膜材料商品名叫特氟隆(Teflon),是在玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹脂(簡寫PTFE),樹脂含量大于90%。PTFE膜的特征是耐久性、防火性與防污性高。膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景自重輕,跨度大,造價低,可以大限度發(fā)揮材料特性,有利防震。但PTFE膜與PVC膜比較,材料費與加工費高,且柔軟性低,在施工上為避免玻璃纖維被折斷,須有專用的工具與施工技術(shù)。