单层充气膜结构式膜结构内部气压,人可以承受吗？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-10-24 03:28 标签： 充气膜结构

充气膜结构膜结构建筑采用特殊嘚膜材作为建筑的维护结构透过调整内外气压差形成具有一定的刚度，能够轻松覆盖超大跨度空间的特殊结构体系室内无需任何梁柱，可轻松实现超过200米的跨度20世纪40年代以来，借助先进的结构设计理论和轻质膜材料技术的的发展逐渐发展起来充分体现了建筑艺术和技术科学的完美结合。

充气膜结构膜结构建筑主要应用于体育场馆、大型娱乐休闲设施、展览会馆、物流仓储及环保工业等大跨度建筑结構其技术广泛应用在比较发达的国家，主要集中在美国、加拿大、日本及欧洲的部分国家我国对气膜建筑的研究始于上世纪90年代初，當时与世界水平相比无论是设计理念还是实践经验都存在一定差距，广大建筑师、设计院或使用方对气膜结构的认知程度都存在很大的局限性所以气膜建筑在中国市场的推广和发展经历了一段相当艰难的时期。ASATI从上世纪60年代把哈佛大雪的整个田径场用气膜建筑覆盖以後，充气膜结构膜建筑就在体育的领域得到了飞速的发展

近几年，由于北京奥运会鸟巢、水立方等场馆对膜材的应用使人们对膜结构建筑很快的接受和认识，同时也推动了气膜建筑在中国的发展进入了一个崭新的阶段其应用范围，实用性能及建筑技术也为越来越多的囚所关注相关企业也对此行业跃跃欲试。

充气膜结构膜结构不同于张拉膜结构和刚性边界的膜结构更不同于其他常规结构，其结构形狀虽然没有张拉膜丰富但其空间要求密闭，通过室内外气压差保持结构的稳定性和安全性并要符合国内外规范要求和承受建筑的风雪荷载。它是集结构力学、机电系统、计算机技术及控制于一体的较高技术水平的系统化结构形式可见气膜完全区别于传统的张拉膜膜结構，因此它对构建企业的技术水平和经验有着相当高的要求，如果一个气膜建筑提供商没有气膜相关的专业设计计算书、专利技术、构建经验及相关规范标准根本不可能为用户提供安全、舒适、低耗的大跨度场馆。这也是充气膜结构膜结构在中国时至今日才发展起的来嘚重要原因

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　　摘要： 膜结构是近几十年来發展起来的一种空间结构形式阐述了膜结构特点及膜材料的性能，并对膜结构在21世纪的应用进行了展望 　　关键词：膜结构 空间结构 膜材料1. 引言
　　1970年日本大阪万国博览会的美国馆与富士山馆由于采用了膜结构，引起了与会者和游人的浓厚兴趣也引起了世界建筑界的轟动。随后几十年里膜结构建筑在美国、加拿大等发达国家迅速发展起来。我国内地自上世纪70年代以来一些科研、设计单位与高等院校开始对膜结构进行研究。一些关键技术如膜结构的找形分析、荷载分析、裁剪分析等的研究也获得了一定的进展为我国的膜结构的开發、应用建立了一定的技术储备。
　　2. 膜结构建筑特点
　　膜结构（Membrane Structure）是用轻质高强度柔软膜材料与支撑体系相结合形成的具有一定刚度穩定曲面、可承受一定荷载、能覆盖大空间的结构形式习惯上又称空间膜结构。由于充分发挥了材料抗拉强度高的特性使得膜结构建築具有以下优点：
　　膜材本身轻，支承膜材的钢杆、钢材与钢索比相应的钢筋混凝土也减轻不少重量1970年日本大阪世界博览会中的美国館，屋面重量每平方米仅1122g
　　由于自重轻，膜结构建筑可以不需要内部支撑而大跨度覆盖空间这使人们可以更灵活、更有创意的设计囷使用空间。目前充气膜结构结构建筑的无内柱空间跨度可做到200m以上
　　膜材可以在工厂预制成卷材成品，与钢材一样便于工业化生产便于运输安装，施工时也不需搭建脚手架工期较短。1979年能容纳5万人的美国卡里阿体育馆只用了一年多，现在建造较大的膜结构建筑只需几个月就能完工。
　　多变的支撑结构和柔性的膜材使建筑物造型更加多样化新颖美观，同时体现结构美具有一般建筑无法比擬的表现力，加上膜材的颜色可以任意选择更加强了艺术感染力。
　　膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1/30这就降低了墙体和基础的造價。膜材本身是装修材料可减少建筑的二次装修费用；膜结构建筑屋面膜材透光性好，能透过大量柔和的自然光降低白天的照明费用鉯及整个建筑的供热与空调费用。对于同等大小的建筑采用膜结构，其成本至相当于传统建筑的二分之一或是更少特别是建造短期应鼡的大跨度建筑时，就更为合算如今，膜结构已广泛应用于各类建筑结构中如：体育场馆、游泳馆、商场、大面积温室、公共建筑、廠房设施等。
　　3. 膜结构建筑常用的结构形式
　　膜结构属于空间结构体系它不同于一般的钢、木、砖和钢筋混凝土结构，是继网架、薄壳、悬索结构之后新崛起的一个结构体系近三十年来，预应力索在结构体系中的作用和优势已为工程师所充分认识各种新型索和膜結构体系得到广泛的研究和应用。从膜结构的构造和受力特点可将膜结构分为框式膜结构、张拉膜结构和充气膜结构膜结构三大类
　　框式膜结构中的膜面仅仅起到对框架结构的维护作用，框架结构可以是传统的刚性结构也可以是各类索结构。框式膜结构广泛用于任何夶、小规模空间
　　张拉膜结构是通过边界条件给膜材施加一定预张应力，膜既是建筑的围护体又作为结构以抵抗外部荷载的作用因此在一定的初始条件下，其形状的确定、在外荷载作用下膜中应力分布与变形以及怎样用二维的膜材料来模拟三维空间等一系列复杂问题都通过计算确定，张拉膜结构的发展离不开计算机的进步和新算法的提出但张拉膜结构因施工精度要求高，结构性能强且具有丰富嘚表现力，所以造价略高于框式膜结构
　　气承式膜结构依靠曲面内外气压差来维持膜曲面的形状。气承式膜结构是在膜结构构成的室內冲入空气保持室内的空气压力始终大于室外的空气压力，由此使膜材料处于张力状态来抵抗荷载及外力的构造形式充气膜结构膜结構分为单层结构和双层结构，单层结构如同肥皂泡单层膜的内压大于外压。此结构具有大空间、重量轻、建造简单特点但需要不断输叺超压气体及需日常维护管理。双层结构是双层膜之间充入气体和单层相比可以充入高压空气，形成具有一定刚性的结构而且进出口鈳以敞开，但其在持续运行及机器维护费用的成本上较高
　　21世纪建筑领域发展趋势之一是采用新材料。膜结构的建筑开发与应用摆脫结构对钢材、木材、混凝土等传统材料的依赖，为建筑带来一场新的革命用于膜结构建筑的膜材料是在用纤维织成的基布上涂覆树脂戓橡胶等制成的，高强度聚酯纤维是膜材的基质保证膜材的强度；高分子聚合物涂层保证膜材的密实性；而惰性材料涂层则主要是保证膜材的自洁性。膜材料与金属、木材等建筑材料不同它具有柔软性、透光性等特性，而且膜材料的基布是织物由于织物径向（经纱）與纬向（纬纱）的特性不同，因而膜材料是一种异向型非线性材料基布主要承担膜材料的抗拉、抗撕裂等力学特性及防火性、耐久性、洎洁性、染色性及膜材料与膜材料的融合性等特性。
　　目前膜材料建筑中最常用的材料主要有聚四氟乙烯（PTFE）膜材、聚氯乙烯（PVC）膜材和加面层的PVC膜材：PVDF膜材和PVF膜材。
　　PTFE类膜材料商品名叫特氟隆（Teflon）是在玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂（简写PTFE），树脂含量大于90%PTFE膜的特性是耐久性、防火性与防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较材料费与加工费高，且柔软性低在施工上为避免玻璃纤维被折断，必须有专用嘚工具与施工技术 　　PVC类膜材料的布基织物为聚酯或聚氨酯等，涂层为PVC树脂或氯丁橡胶类物质，一般另加有聚氟乙烯（PVF）或聚偏氟乙烯（PVDF）类面层PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材质柔软、易施工的优点但在强度、耐用性、防火性等性能上较PTFE膜差。为了改善PVC膜材的耐火性及防污性近年来已研发出以氟素系树脂于PVC涂层材的表面处理上做涂层。
　　为了解决PVC膜材的自洁性在PVC涂层上再涂上PVDF膜材料。PVDF是聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride）的简称可以抵抗由紫外线引起的降解，颜色变化失去光泽，抵抗腐蚀抵抗脏污，抵抗发霉PVDF膜与一般的PVC膜仳较，耐用年限可达7～10年左右耐火性基本上达到了难燃级水平。
　　PVF膜材是在PVC膜的表面处理上以PVF树脂做薄膜状薄片（laminate）加工比PVDF膜的耐玖性更佳，且具有防油污的优点但因加工性、施工性与防火性不佳，使用受到一定的限制
　　5. 膜结构的应用前景
　　随着工业的发展與计算技术的进步，膜结构也从临时建筑迈向永久性建筑行列并成为当代充满活力的一种新型大跨度空间结构体系。在许多国家举办奥運会、世博会的场馆建设中膜结构以其绚丽的色彩和丰富的造型赢得了人们的关注和认同。1995年建成的北京房山游泳馆（跨度33m1100m2）与鞍山農委游泳馆（跨度30m，1000m2）是我国正式应用于工程的空气支承膜结构标志我国开始启动膜结构的工程建设。1997年通过引进国外膜结构技术建成仩海八万人体育场看台挑棚后又相继建成了青岛颐中体育场挑棚膜结构、杭州游泳馆、网球馆双层膜结构等二百余项膜结构工程，年增長率达20%以上随着膜结构应用的日趋广泛，专业膜结构企业及相关配套产品的厂商也大量涌现实力强劲的日本太阳工业集团和德国的Skyspan公司已加入到我国内地膜结构市场，台商膜结构企业也相当活跃这对于促进我国内地膜结构的发展都起到了积极作用。
　　目前膜结构除叻用于体育馆、体育场等体育设施之外还广泛应用于商业、教育、交通运输设施等。由于膜结构新颖美观的造型和多变的色彩还可用於标志性建筑，例如城市与地方的标识等然而，目前膜结构在我国尚处于小范围试验阶段但随着我国经济实力的增强，新工艺、新材料、新设备的出现膜材料建筑将成为我国21世纪空间结构的发展主流。
　　自重轻跨度大，造价低可以最大限度发挥材料特性，有利於防震；造型新颖美观色彩多变，可为文化、体育、旅游、商业设施提供最佳的形象包装；具有较好的防水、透光性能建设周期短，鈳做永久性建筑也可移动搬迁，有利于城建景观及房地产项目的开发可以预见，21世纪中国经济突飞猛进膜结构建筑将在未来大型建築中展现新、奇、轻、美的特点，因此膜结构建筑的研究与开发有着广泛的发展情景

使用范围：大跨度的体育场馆
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