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膜結構又叫張拉膜結構(Tensioned Membrane structure),膜結構建築是21世紀最具代表性與充滿前途的建築形式。打破了純直線建築風格的模式,以其獨有的優美曲面造型,簡潔、明快、剛與柔、力與美的完美組合,呈現給人以耳目一新的感覺,同時給建築設計師提供了更大的想象和創造空間。 

  • 中文名稱
    膜結構
  • 外文名稱
    Membrane
  • 起源時期
    20世紀中期
  • 基本材料
    PVC或Teflon

​簡介

膜結構(Membrane)是20世紀中期發展起來的一種新型建築結構形式,膜結構車棚是由多種高強薄膜材料及加強構件(鋼架、鋼柱或鋼索)通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結構,並能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。

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膜結構是建築結構中最新發展起來的一種形式,自從1970年代以來, 膜結構在國外已逐漸套用于體育建築、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建築中。

膜結構是由多種高強薄膜材料(PVC或Teflon)及加強構件(鋼架、鋼柱或鋼索)通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結構,並能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類。充氣膜結構是靠室內不斷充氣,使室內外產生一定壓力差(一般在10㎜~30㎜水柱之間),室內外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力,從而實現較大的跨度。張拉膜結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型。

特點

建築造型優美

膜結構建築是21世紀最具代表性與充滿前途的建築形式。它打破了純直線建築風格的模式,以其獨有的優美曲面造型,簡潔、明快、剛與柔、力與美的完美組合,呈現給人以耳目一新的感覺,同時給建築設計師提供了更大的想象和創造空間。

具有良好的環保性、透光性、自清潔性,膜材表面採用PVDF(聚偏二氟乙烯)塗層、或二氧化鈦塗層,具有較好的隔熱效果,對太陽熱能可反射掉70%,膜材本身吸收了17%,傳熱13%,而透光率卻在20%以上,經過10年的太陽光直接照射,其輝度仍能保留70%。

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覆蓋大跨度空間

膜結構中所使用的膜材料每平方壹公斤左右,由于自重輕,加上鋼索、鋼結構高強度材料的採用,與受力體系簡潔合理--力大部分以軸力傳遞,故使膜結構適合跨越大空間而形成開闊的無柱大跨度結構體系。

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防火性與抗震性

膜結構建築所採用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高溫性,故能很好的滿足防火要求。由于結構自重輕,又為柔性結構且有較大變形能力,故抗震性能好。

工期短:膜材裁剪。拼合成型及骨架的鋼結構、鋼索均在工廠加工製作,現場隻需組裝,施工簡便,故施工周期比傳統建築短。

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設計

膜結構的設計主要包括體形設計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設計確定建築平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量,確定各控製點的坐標、結構形式,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,因此其剛度和穩定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預應力來提高,對膜結構而言,任何時候不存在無應力狀態,因此膜曲面形狀最終必須滿足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學平衡,並以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。膜結構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。膜結構考慮的荷載一般是風載和雪載。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,因此要精確計算結構的變形和應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、膜中初始預張力。在外荷載作用下膜中一個方向應力增加而另一個方向應力減少,這就要求施加初始張應力的程度要滿足在最不利荷載作用下應力不致減少到零,即不出現皺褶。因為膜材料比較輕柔,自振頻率很低,在風荷載作用下極易產生風振,導致膜材料破壞,如果初始預應力施加過高,膜材塗變加大,易老化且強度儲備少,對受力構件強度要求也高,增加施工安裝難度。因此初始預應力的確定要通過荷載計算來確定。經過找形分析而形成的摸結構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,是整個膜結構工程中最關鍵的一個問題,這正是裁剪分析的主要內容。

膜結構設計軟體主要有如下:

  • 1。德國膜結構設計軟體easy10.0,
  • 2。義大利膜結構設計軟體forten4000,
  • 3。同濟大學膜結構設計軟體3D3S11.0
  • 4。上海交大膜結構設計軟體SMCAD4.0
  • 5。新加坡膜結構設計軟體WinFabric
  • 6。日本太陽膜結構設計軟體Images
  • 7。中國建築科學研究院結構所空間結構室膜結構設計軟體MEMBS
  • 8。澳大利亞膜結構設計軟體FABDES

體系

膜結構體系由膜面、邊索和脊索、谷索、支承結構、錨固系統,以及各部分之間的連線節點等組成,見下示意圖:

膜結構體系介紹膜結構體系介紹

按支承分類

膜結構按支承條件分類為:柔性支承結構體系、剛性支承結構體系、混合支承結構體系,結構示意圖見下圖:

膜結構按支承分類膜結構按支承分類

按結構分類

膜結構按結構可分為:骨格式膜結構、張拉式膜結構、充氣式膜結構。詳細見下圖:

膜結構建築形式的分類:

膜結構建築按結構分類膜結構建築按結構分類

從結構上分可分為:骨架式膜結構,張拉式膜結構,充氣式膜結構3種形式

1.骨架式膜結構(Frame Supported Structure)

以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架,在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高,因屋頂造型比較單純,開口部不易受限製,且經濟效益高等特點,廣泛適用于任何大,小規模的空間。

2.張拉式膜結構(Tension Suspension Structure)

以膜材、鋼索及支柱構成,利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創意,創新且美觀的造型外,也是最能展現膜結 構精神的構造形式. 大型跨距空間也多採用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高,結構性能強,且具豐 富的表現力,所以造價略高于骨架式膜結構。

3.充氣式膜結構(Pneumatic Structure)

充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊,利用送風系統讓室內氣壓上升到一定壓力後,使屋頂內外產生壓力差,以抵抗外力,因利用氣壓來支 撐,及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐,可得更大的空間,施工快捷,經濟效益高,但需維持進行24小時送風機運轉,在持續運行及機器維護費用的成本上較高。

現今,城市中已越來越多地可以見到膜結構的身影。膜結構已經被套用到各類建築結構中,在我們的城市中充當著不可或缺的角色:

膜材分類

A類

A類最好,以玻璃纖維織物為基材塗PTFE(永久膜材)而成;

B類

B類次之,以玻璃纖維織物為基材塗PVC而成;

C類

C類是三類中最次的,以聚酯(滌綸)織物為基材塗PVC而成。按塗層材料分,有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、橡膠等,它的壽命因不同的表面塗層而異,一般可達12-50年。

PTFE

PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上塗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築膜材中最好的,但柔韌性差,施工較困難,成本也十分驚人。在蓋格公司領導下,美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建築公司、化纖織布公司共同開發永久性膜材。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塗層,使永久性的PTFE膜正式誕生。此後永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。20年後跟蹤檢測結果表明,這種膜材的力學性能與化學穩定性指標隻下降了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、化學物質微粒極難附著與滲透,經雨水沖刷建築膜可恢復其原有的清潔面層與透光性,這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。國外對這種膜材的開發和套用比較成熟,生產廠家也很多,如德國Mehler公司、Verseidag公司,日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業株式會社、美國Chemfab公司、沙烏地阿拉伯ObeiKan公司等。

玻纖PVC

這種膜材開發和套用得比較早,通常規定PVC塗層在玻璃纖維織物經緯線交點上的厚度不能少于0.2mm,一般塗層不會太厚,達到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能,塗層時常常加入一些光、熱穩定劑,淺色透明產品宜加一定量的紫外吸收劑,深色產品常加炭黑做穩定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法,可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧,用雲母或石英來防止表面發粘和沾污。

玻纖有機矽樹脂

有機矽樹脂具有優異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點,該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量,另外還具有良好的透光性。美國歐文斯克寧公司開發的Vestar膜材就採用這種樹脂對玻璃纖維布塗覆而製成的,這種膜材套用的不多,生產廠家也較少。

玻纖合成橡膠

合成橡膠(如丁腈橡膠,氯丁橡膠)韌性好,對陽光、臭氧、熱老化穩定,具有突出的耐磨損性、耐化學性和阻燃性,可達到半透明狀態,但由于容易發黃,故一般用于深色塗層。膨化PTFE建築膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建築膜材。由于它的造價太高,一般的建築考慮到成本和性能兩方面,很少選用這種膜材,國外的生產廠家也不多。

ETFE

由ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)生料直接製成。ETFE不僅具有優良的抗沖擊性能、電性能、熱穩定性和耐化學腐蝕性,而且機械強度高,加工性能好。ETFE膜材的套用在很多方面可以取代其他產品而表現出強大的優勢和市場前景。這種膜材透光性特別好,號稱"軟玻璃",質量輕,隻有同等大小玻璃的1%;韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂,延展性大于400%;耐候性和耐化學腐蝕性強,熔融溫度高達200℃;可有效的利用自然光,節約能源;良好的聲學性能。自清潔功能使表面不易沾污,且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物,清潔周期大約為5年。另外,ETFE膜可在現成預製成薄膜氣泡,方便施工和維修。ETFE也有不足,如外界環境容易損壞材料而造成漏氣,維護費用高等,但是隨著大型體育館、遊客場所、候機大廳等的建設,ETFE更突顯自己的優勢。生產這種膜材的公司很少,隻有ASAHI(日本旭硝子)(AGC)、德國科威爾等少數幾家公司可以提供ETFE膜材,這種膜材的研發和套用在國外發達國家也不過十幾年的歷史。

膜結構照片膜結構照片

套用

我國膜結構建築雖然起步較晚,但是發展速度非常快。從1997年至2001年,五年內我國建造的膜結構達37萬噸;2003年建造的膜結構約18萬噸;2005年、2006年建造的膜結構分別超過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,使得我國迎來了膜結構建築的發展高峰期,這幾年間我國膜結構建築的建造規模擴張非常迅速。

目前全世界膜結構的著名生產企業主要集中在美國、日本和德國等少數幾個發達國家。其中大部分的著名生產企業都力具備產品的研發、設計、生產這一產業全業務鏈模式經營。而作為膜結構的主要材料,目前市場上主要是以是PVC膜、PVF膜、PVDF、PTFE乃至最新的ETFE 膜材為主。

工程實例

2008年竣工的北京奧運會場館"鳥巢"和"水立方"膜結構採用ETFE膜材,是目前國內最大的ETFE膜材結構建築,膜材採用進口產品。"鳥巢"採用雙層膜結構,外層用ETFE防雨雪防紫外線,內層用PTFE達到保溫、防結露、隔音和光效的目的。"水立方"採用雙層ETFE充氣膜結構,共1437塊氣枕,每一塊都好像一個"水泡泡",氣枕可以通過控製充氣量的多少,對遮光度和透光性進行調節,有效地利用自然光,節省能源,並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,安逸的環境。

目前國內膜結構發展振奮人心,隨著一些大型體育館、候機大廳等建設以及2010年上海世博會和廣州亞運會等國際盛會的舉辦,為中國膜結構的發展帶來了機遇和挑戰。尤其在膜材方面,中國起步晚,技術水準低,大部分膜材還主要依靠進口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市場的主流,套用比較廣泛。中國已有PTFE膜材的自主智慧產權,性能也基本達到國外同類產品的要求。很多公司、科研單位以及高校都在進行PVC表面塗層材料的研究,如PVDF、納米TiO2表塗劑等的研究已初見成效,另外在表面防污自潔處理方面的研究如仿生荷葉構築微粗糙表面也開始起步。在引進世界一流的生產設備和工藝技術的同時,加緊消化吸收並改進創新,盡快開發適合中國市場需求的膜材表面處理技術,對提升中國整個產業用紡織品產品檔次和市場競爭力都具有重要意義。

膜結構在中國也不乏工程實例,其中規模最大、最具影響力的膜結構要數1997年竣工的上海八萬人體育場看台罩棚張拉膜結構工程。但該膜結構為美國Weidlinger公司設計製作,由此也可以看出中國在該領域與國外先進國家的差距很大。影響中國膜結構廣泛套用的主要因素有:國產膜材料性能差,而進口膜材料價格高;尚無商業性的膜結構計算南輔助設計系統;人們對膜結構缺乏足夠的認識等。

1970年日本大阪萬國博覽會上的美國館和富士館均採用了膜結構建築,在建築行業引起了不小的轟動。1996年亞特蘭大奧運會的"喬治亞穹頂",擬橢圓形的尺寸達240m*193m。為了慶祝新千年的到來,英國在倫敦建成了直徑達320m的"千氣穹頂"。整個展覽大廳總面積為8萬平方米。覆蓋其上的是72塊聚氯乙烯(PVC)塗層的玻璃纖維織物板,千年穹頂以其獨特的膜結構,顯示了當今建築技術與材料科學的發展水準。

索膜結構

索膜結構是用高強度柔性薄膜材料經受其它材料的拉壓作用而形成的穩定曲面,能承受一定外荷載的空間結構形式。其造型自由、輕巧、柔美,充滿力量感,節能、使用安全等優點,因而使它在世界各地受到廣泛套用,膜結構建築作為新的建築形式于本世紀五十年代在國際上開始出現,至今已有四十多年的歷史,特別是到了七十年代以後膜結構的套用得到了迅速發展。膜結構的出現為建築師們提供了超出傳統建築模式以外的新選擇。膜結構一改傳統建築材料而使用膜材,其重量隻是傳統建築的三十分之一。而且膜結構可以從根本上克服傳統結構在大跨度(無支撐)建築上實現時所遇到的困難,可創造巨大的無遮擋的可視空間。其造型自由輕巧、阻燃、製作簡易、安裝快捷、節能、易于、使用安全等優點,因而使它在世界各地受到廣泛套用。另外值得一提的是,在陽光的照射下,由膜覆蓋的建築物內部充滿自然漫射光,無強反差的著光面與陰影的區分,室內的空間視覺環境開闊和諧。夜晚,建築物內的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空,建築物的體型顯現出夢幻般的效果。這種結構形式特別適用于大型體育場館、入口廊道、小品、公眾休閒娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域。張拉膜結構(Tesioned Membrane Structure) ,是依靠膜自身的張拉應力與支撐桿和拉索 共同構成機構體系。室內的空間視覺環境開闊和諧。張拉膜結構特別適合用來建造城市標志性建築的屋頂,如體育與娛樂性場館,需有廣告效應的商場、餐廳等。城市的交通樞紐是城市命脈的關鍵性建築,使用功能要求建築物各組成單元的標志明確。這類建築越來越多採用膜結構。建築膜材料的使用壽命為 25 年以上。在使用期間,在雪或風荷載作用下均能保持材料的力學形態穩定不變。建成于 1973 年的美國加州La Verne 大學的學生活動中心是已有 23 年歷史的張拉膜結構建築.跟蹤測試與材料的載入與加速 氣候變化的試驗,證明它的膜材料的力學性能與化學穩定性指標下降了 20 %至 30 %,但仍可正常使用。膜的表層光滑,具有彈性,大氣中的灰塵、化學物質的微粒極難附著與滲透,經雨水的沖刷建築膜可恢復其原有的清潔面層與透光性。張拉式膜結構 張拉整體結構( Tensegrity )是由一組連續的拉桿和連續的或不連續的壓桿組合而成的自應力、自支撐的狀桿系結構,其中"不連續的壓桿"的含義是壓桿的端部互不接觸,即一個節點上隻連線一個壓桿。Tensegrity 是美國建師 R.B.Fuller 首先提出的一種結構思想,他認為宇宙的運行就是按照張拉整體的原理進行的,即萬有引力是一個平衡的張網,各個星球是這個網中的一個個 孤立點。這種結構體系中的索網就相當于宇宙中的萬有引力,獨立的受壓桿件 相當于宇宙中的星球 20 世紀 60 年代隨著現代柔性建築材料的發展,建築師們從帳篷著一最古老的簡單建築 結構出發,構造出了魔般的形式--膜結構。它可以構成單曲面,多曲面等不同建築結構形式,滿足了建築師們對建築與美學高度統一的要求。柔性材料具有透光和防紫外線功能,在一些室外建築和環境小品中得到廣泛的套用。正是由于這一特征,夜間的燈光設計使膜結構具有鮮明的環境標志特征。優美造型的膜材,不銹鋼配件和緊韌體加上設計輕巧合理,表面處理嚴格的鋼結構支撐,塑造出形式美觀,設計合理的膜結構,在當今世界範圍內的建築環境設計中佔有舉足輕重的地位。

膜結構工程

用于膜結構建築中的膜材是一種具有強度,柔韌性好的薄膜材料,是由纖維編織成織物基材,在其基材兩面以樹脂為塗層材所加工固定而成的材料,中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維,而作為塗層材使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂(PVC),矽酮(silicon)及聚四氟乙烯樹脂(PTFE),在力學上織物基材及塗層材分別具有影響下列的功能性質。織物基材--抗拉強度,抗撕裂強度,耐熱性,耐久性,防火性。塗 層 材--耐候性,防污性,加工性,耐水性,耐品,透光性。

結構套用

文化設施--展覽中心、劇場、會議廳、博物館、植物園、水族館等 體育設施--體育場、體育館、健身中心、遊泳館、網球館、籃球館等 商業設施--商場、購物中心、酒店、餐廳、商店門頭(挑檐)、商業街等 交通設施--機場、火車站、公車站、收費站、碼頭、加油站、天橋連廊等 工業設施--工廠、倉庫、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等

景觀設施--建築入口、標志性小品、徒步區、停車場等

特徵

膜結構作為一種建築體系所具有的特徵主要取決于其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由于此,用膜結構可以創造出傳統建築體系無法實現的設計方案。

1、 輕質:張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建築結構的小得多,但卻具有良好的穩定性。建築師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件,將其輕盈和穩定的結構特徵有機地統一起來。

2、 透光性:透光性是現代膜結構最被廣泛認可的特徵之一。膜材的透光性可以為建築提供所需的照度,這對于建築節能十分重要。對于一些要求光照多且亮度高的商業建築等尤為重要。通過自然採光與人工採光的綜合利用,膜材透光性可為建築設計提供更大的美學創作空間。夜晚,透光性將膜結構變成了光的雕塑。

膜材透光性是由它的基層纖維、塗層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間,有的膜材的光譜透射比可以達到40%,而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過塗層的顏色或是面層顏色來調節。

通過膜材和透光保溫材料的適當組合,可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射隻有幾個百分點,膜屋面對于人眼來說依然是發亮和透光的,具有輕型屋面的觀感。

3、柔性:張拉膜結構不是剛性的,其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載,在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小,直至能更有效抵抗該荷載。

張拉結構的彈性使其可以產生很大的位移而不發生永久性變形。膜材的彈性性能和預應力水準決定了膜結構的變形和反應。適應自然的柔性特點可以激發人們的建築設計靈感。

不同的膜材的柔性程式也不相同,有的膜材柔韌性極佳,不會因折疊而產生脆裂或是破損,這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。

4、 雕塑感:張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通過張力達到自平衡。負高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間。無論室內還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。

張拉膜結構可使建築師設計出各種張力自平衡、復雜且生動的空間形式。在一天內隨著光線的變化,雕塑般的膜結構通過光與影而呈現出不同的形態。日出和日落時,低入射角度的光線將突現屋頂的曲率和浮雕效果,太陽位于遠地點時,膜結構的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,經過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。

5、 安全性:按照現有的各國規範和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在地震等水準荷載作用下能保持很好的穩定性。

由于輕型結構自重較輕,即使發生意外坍塌,其危險性也較傳統建築結構小。膜結構發生撕裂時,若結構布置能保證桅桿、梁等剛性支承構件不發生坍塌,其危險性會更小。

膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態承載。當然,結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要確何膜面與其輔助結構協調工作,以避免力在膜面或輔助結構上集中而達結構破壞的臨界值。

安裝

1、膜材製作前準備與審核

膜材加工部負責人與項目設設計師必須進行全面的設計交底與溝通,工程部負責人認真領會加工生產要求。

由項目經理編製好《XX項目膜材加工製作工藝流程》,交項目設計技術負責人員簽署。

2、膜材加工製作質量控製

(1)、對加工機械與設備進行全面檢查、檢驗。

(2)、按照《膜材加工製作工藝流程》的要求,認真做好膜材熱合強度試驗。並交由QC檢驗合格;

(3)、加工班代對參與膜材加工的人員進行嚴格的培訓與技術交底。

(4)、下料員對技術交底領會後,再次校對膜材品種、型號、顏色,並熟悉每一片膜材尺寸,準確下料,並做好標記。

(5)、按順序整齊疊放好裁剪的膜材。

(6)、加工人員按縫合料,在順序取縫合前並再次與找形裁剪圖進行校對。

(7)、加工時嚴格按照該種膜材規定的熱合溫度與熱合時間進行操作。

(8)、QC人員對熱合後的半成品、成品進行熱合質檢,對成品簽發檢驗合格證。

(9)、對加工好的膜材進行編號與打包,交物流組發往項目所在工地。

膜材安裝

1、膜材安裝前,鋼結構的挑梁宜加臨時支撐或平衡索,確保鋼結構在膜材安裝中受力平衡,

2、在膜材安裝前,對鋼結構在尺寸進行測量復核。

3、膜材在安裝時不得劃傷,並保持膜材的整潔。

4、燈光或其他熱源與膜材保持一定距離,(膜材的表面溫度不得大于70℃) 。

5、膜材安裝完畢後,應該交付並和甲方申明,應註意維護,這樣才能保證膜材的使用的年限。(維護期間,尖銳的利器,明火等應遠離膜結構)

膜結構概念設計

從結構方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結構3種形式 。

1.骨架式膜結構(Frame Supported Structure)

以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架後,在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高,因屋頂造型比較單純,開口部不易受限製, 且經濟效益高等特點,廣泛適用于任何大,小規模的空間。

2.張拉式膜結構(Tension Suspension Structure)

以膜材、鋼索及支柱構成,利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創意,創新且美觀的造型外,也是最能展現膜結 構精神的構造形式. 近年來,大型跨距空間也多採用以鋼索與壓縮材構成 鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高,結構性能強,且具豐 富的表現力,所以造價略高于骨架式膜結構。

3.充氣式膜結構(Pneumatic Structure)

充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊,利用送風系統讓室內氣 壓上升到一定壓力後,使屋頂內外產生壓力差,以抵抗外力,因利用氣壓 來支撐,及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐,可得更大的空間,施工 快捷,經濟效益高,但需維持進行24小時送風機運轉,在持續運行及機器 維護費用的成本上較高。

隻有正確表達結構邏輯的建築才有強大的說服力與表現力"這句話揭示了張拉膜結構的精髓。對于張拉膜結構,任何附加的支撐和修飾都是多餘的,其結構本身就是造型;換句話說,不符合結構的造型是不可能的,因為那樣的薄膜不是飄動的就是缺乏穩定性的。張拉膜結構的美就在于其"力"與"形"的完美結合。

張拉膜結構的基本組成單元通常有:膜材、索與支承結構(桅桿、拱或其他剛性構件)。

膜材一種新興的建築材料,已被公認為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之後的"第六種建築材料"。膜材本身不能受壓也不能抗彎,所以要使膜結構正常工作就必須引入適當的預張力。此外,要保證膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力;而膜結構是通過改變形狀來分散荷載,從而獲得最小內力成長的。當膜結構在平衡位置附近出現變形時,可產生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的;另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個膜片具有良好的剛度,就應盡量形成負高斯曲面,即沿對角方向分別形成"高點"和"低點"。"高點"通常是由桅桿來提供的,也許是由于這個原因,有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸掛膜結構(suspension membrane)。

索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長度,使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻指出,膜材的自由支承長度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外,索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐,從而保證不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌。

膜結構設計主要包括以下內容:

1,初始態分析:確保生成形狀穩定、應力分布均勻的三維平衡曲面,並能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反復修正的過程。

2,荷載態分析:張拉膜結構自身重量很輕,僅為鋼結構的1/5,混凝土結構的1/40;因此膜結構對地震力有良好的適應性,而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少,故對膜結構的設計通常採用安全系數法。

3,主要結構構件尺寸的確定,及對支承結構的有限元分析。當支承結構的設計方法與膜結構不同時,應註意不同設計方法間的系數轉換。

4,連線設計:包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。

5,剪裁設計:這一過程應具備必要的試驗資料,包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值(應通過雙軸拉伸試驗確定)。

膜結構在方案階段需要考慮的問題有:

1,預張力的大小及張拉方式;

2,根據控製荷載來確定膜片的大小和索的布置方式;

3,考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪);

4,關鍵節點的設計,以避免應力集中;

5,考慮膜材的運輸和吊裝;

6,耐久性與防火考慮。

在張拉膜結構設計階段所要考慮的要點有:

1,保證膜面有足夠的曲率,以獲得較大的剛度和美學效果;

2,細化支承結構,以充分表達透明的空間和輕巧的形狀;

3,簡化膜與支承結構間的連線節點,降低現場施工量。

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