膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,膜结构车棚是由多种高强薄膜材料及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。
膜结构是建筑结构中新发展起来的一种形式,自从1970年代以来, 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。
膜结构是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜~30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度。张拉膜结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型。
折叠编辑本段特点
折叠建筑造型优美
折叠覆盖大跨度空间
折叠防火性与抗震性
折叠编辑本段设计
膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四大问题。通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量,确定各控制点的坐标、结构形式,选用膜材和施工方案。初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度,抗剪强主芤很差,因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预应力来提高,对膜结构而言,任何时候不存在无应力状态,因此膜曲面形状终满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡,并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。膜结构找形分析的方法主要有动力松弛法、力密度法以及有限单元法等。膜结构考虑的荷载一般是风载和雪载。在荷载作用下膜材料的变形较大,且随着形状的改变,荷载分布也在改变,因此要计算结构的变形和应力要用几何非线性的方法进行。荷载分析的另一个目的是一确定索、膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应力减少,这就要求施加初始张应力的程度要满足在不利荷载作用下应力不致减少到零,即不出现皱褶。因为膜材料比较轻柔,自振频率很低,在风荷载作用下极易产生风振,导致膜材料破坏,如果初始预应力施加过高,膜材涂变加大,易老化且强度储备少,对受力构件强度要求也高,增加施工安装难度。因此初始预应力的确定要通过荷载计算来确定。经过找形分析而形成的摸结构通常为三维不可展空间曲面,如何通过二维材料的裁剪,张拉形成所需要的三维空间曲面,是整个膜结构工程中关键的一个问题,这正是裁剪分析的主要内容。
膜结构设计软件主要有如下:
· 1。德国膜结构设计软件easy10.0,
· 2。意大利膜结构设计软件forten4000,
· 3。同济大学膜结构设计软件3D3S11.0
· 4。上海交大膜结构设计软件SMCAD4.0
· 5。新加坡膜结构设计软件WinFabric
· 6。日本太阳膜结构设计软件Images
· 7。中国建筑科学研究院结构所空间结构室膜结构设计软件MEMBS
· 8。澳大利亚膜结构设计软件FABDES
折叠体系
折叠按支承分类
折叠按结构分类
折叠编辑本段膜材分类
折叠A类
折叠B类
折叠C类
折叠PTFE
折叠玻纤PVC
折叠玻纤有机硅树脂
折叠玻纤合成橡胶
折叠ETFE
折叠编辑本段应用
折叠工程实例
折叠索膜结构
索膜结构是用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面,能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、柔美,充满力量感,节能、使用安全等优点,因而使它在世界各地受到广泛应用,膜结构建筑作为新的建筑形式于本世纪五十年代在国际上开始出现,至今已有四十多年的历史,特别是到了七十年代以后膜结构的应用得到了迅速发展。膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择。膜结构一改传统建筑材料而使用膜材,其重量只是传统建筑的三十分之一。而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现时所遇到的困难,可创造的无遮挡的可视空间。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点,因而使它在世界各地受到广泛应用。另外值得一提的是,在阳光的照射下,由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光,无强反差的着光面与阴影的区分,室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚,建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空,建筑物的体型显现出梦幻般的效果。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure) ,是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索 共同构成机构体系。室内的空间视觉环境开阔和谐。张拉膜结构特别适合用来建造城市标志性建筑的屋顶,如体育与娱乐性场馆,需有广告效应的商场、餐厅等。城市的交通枢纽是城市命脉的关键性建筑,使用功能要求建筑物各组成单元的标志明确。这类建筑越来越多采用膜结构。建筑膜材料的使用寿命为 25 年以上。在使用期间,在雪或风荷载作用下均能保持材料的力学形态稳定不变。建成于 1973 年的美国加州La Verne 大学的学生活动中心是已有 23 年历史的张拉膜结构建筑.跟踪测试与材料的加载与加速 气候变化的试验,证明它的膜材料的力学性能与化学稳定性指标下降了 20 %至 30 %,但仍可正常使用。膜的表层光滑,具有弹性,大气中的灰尘、化学物质的微粒极难附着与渗透,经雨水的冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性。张拉式膜结构 张拉整体结构( Tensegrity )是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的状杆系结构,其中"不连续的压杆"的含义是压杆的端部互不接触,即一个节点上只连接一个压杆。Tensegrity 是美国建师 R.B.Fuller 提出的一种结构思想,他认为宇宙的运行就是按照张拉整体的原理进行的,即万有引力是一个平衡的张网,各个星球是这个网中的一个个 孤立点。这种结构体系中的索网就相当于宇宙中的万有引力,立的受压杆件 相当于宇宙中的星球 20 世纪 60 年代随着现代柔性建筑材料的发展,建筑师们从帐篷着一古老的简单建筑 结构出发,构造出了魔般的形式--膜结构。它可以构成单曲面,多曲面等不同建筑结构形式,满足了建筑师们对建筑与美学高度统一的要求。柔性材料具有透光和防紫外线功能,在一些室外建筑和环境小品中得到广泛的应用。正是由于这一特征,夜间的灯光设计使膜结构具有鲜明的环境标志特征。优美造型的膜材,不锈钢配件和紧固件加上设计轻巧合理,表面处理严格的钢结构支撑,塑造出形式美观,设计合理的膜结构,在当今世界范围内的建筑环境设计中占有举足轻重的地位。
折叠膜结构工程
折叠结构应用
折叠编辑本段特性
折叠编辑本段安装
折叠编辑本段膜结构概念设计
从结构方式上大致可分为骨架式、张拉式、充气式膜结构3种形式 。
1.骨架式膜结构(Frame Supported Structure)
以钢构或是集成材构成的屋顶骨架后,在其上方张拉膜材的构造形式,下部支撑结构安定性高,因屋顶造型比较单纯,开口部不易受限制, 且经济效益高等特点,广泛适用于任何大,小规模的空间。
2.张拉式膜结构(Tension Suspension Structure)
以膜材、钢索及支柱构成,利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安 定的形式。除了可实践具创意,创新且美观的造型外,也是能展现膜结 构精神的构造形式. 近年来,大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成 钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求高,结构性能强,且具丰 富的表现力,所以造价略骨架式膜结构。
3.充气式膜结构(Pneumatic Structure)
充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边,利用送风系统让室内气 压上升到一定压力后,使屋顶内外产生压力差,以抵抗外力,因利用气压 来支撑,及钢索作为辅助材,无需任何梁,柱支撑,可得更大的空间,施工 快捷,经济效益高,但需维持进行24小时送风机运转,在持续运行及机器 维护费用的成本上较高。
只有正确表达结构逻辑的建筑才有强大的说服力与表现力"这句话揭示了张拉膜结构的精髓。对于张拉膜结构,任何附加的支撑和修饰都是多余的,其结构本身就是造型;换句话说,不符合结构的造型是不可能的,因为那样的薄膜不是飘动的就是缺乏稳定性的。张拉膜结构的美就在于其"力"与"形"的结合。
张拉膜结构的基本组成单元通常有:膜材、索与支承结构(桅杆、拱或其他刚性构件)。
膜材一种新兴的建筑材料,已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的"第六种建筑材料"。膜材本身不能受压也不能抗弯,所以要使膜结构正常工作就引入适当的预张力。此外,要膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就增加结构的抗力;而膜结构是通过改变形状来分散荷载,从而获得小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时,可产生两种回复力:一个是由几何变形引起的;另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,所以要使每一个膜片具有良好的刚度,就应尽量形成负高斯曲面,即沿对角方向分别形成"高点"和"低点"。"高点"通常是由桅杆来提供的,也许是由于这个原因,有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构(suspension membrane)。
索作为膜材的弹性边界,将膜材划分为一系列膜片,从而减小了膜材的自由支承长度,使薄膜表面更易形成较大的曲率。有文献指出,膜材的自由支承长度不宜超过15米,且单片膜的覆盖面积不宜大于500平米。此外,索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑,从而不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。
膜结构设计主要包括以下内容:
1,初始态分析:确保生成形状稳定、应力分布均匀的三维平衡曲面,并能够抵抗各种可能的荷载工况;这是一个反复修正的过程。
2,荷载态分析:张拉膜结构自身重量很轻,仅为钢结构的1/5,混凝土结构的1/40;因此膜结构对地震力有良好的适应性,而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于目前观测资料尚少,故对膜结构的设计通常采用安全系数法。
3,主要结构构件尺寸的确定,及对支承结构的有限元分析。当支承结构的设计方法与膜结构不同时,应注意不同设计方法间的系数转换。
4,连接设计:包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。
5,剪裁设计:这一过程应具备必要的试验数据,包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值(应通过双轴拉伸试验确定)。
膜结构在方案阶段需要考虑的问题有:
1,预张力的大小及张拉方式;
2,根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式;
3,考虑膜面及其固定件的形状以避免积水(雪);
4,关键节点的设计,以避免应力集中;
5,考虑膜材的运输和吊装;
6,耐久性与防火考虑。
在张拉膜结构设计阶段所要考虑的要点有:
1,膜面有足够的曲率,以获得较大的刚度和美学效果;
2,细化支承结构,以充分表达透明的空间和轻巧的形状;
3,简化膜与支承结构间的连接节点,降低现场施工量。
现代车棚的种类?
车棚:
1、车棚作用:具有遮阳、挡雨、实用、美观的作用。
2、车棚适用范围:学校、商业、体育馆、工厂、机构等。
3、车棚可选材质:彩钢板,阳光板,耐力板,洁光板,夹芯板、膜结构等。
具体描述如下:
一、彩钢板车棚: 彩钢板车棚结构构成简单,仅仅为不同类型的圆管,车棚顶采用彩钢板..
二、阳光板车棚:阳光板车棚的篷布材质是阳光板,而阳光板具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、等特点,是一种高科技、综合性能极其、节能环保型塑料板材,是目前国际上普遍采用的塑料建筑材料,有其他建筑装饰材料(如玻璃、有机玻璃等)无法比拟的优点,广泛应用于商业、工厂、体育场馆的采光天棚和遮阳雨棚、农业温室、养殖业和花卉大棚、以及电话亭、书报亭、车站等公用设施、高速公路隔音、广告装饰领域。
三、耐力板车: 耐力板车棚的篷布材质为耐力板,而耐力板的具有:透光性、耐候性、抗冲击性、阻燃性、耐温性、轻便性、隔音性等特点.
四、膜结构车棚:膜结构车棚的篷布材质是膜结构,而膜材的大特点是强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好,不受紫外线影响,使用寿命长,一般15-30年。具有高透光率,透光率为13%对热能反射率73%,热吸收量很少。正是因为这种划时代的膜材料的发明,使空间膜结构成为现代化的
什么是钢索穹顶?
1980年左右,盖格先生又创造了使用性结构膜的新技术,这种新技术是基于工程哲学家巴克明斯特.富勒的理论。富勒认为现代的结构都是在对抗地心吸引力,不断地争取压力的连续性,但自然界并非如此。这是一项看似平淡,实则非常智慧的哲理,1983年他发表的文章中建议在结构上逐步减少压力的影响,而增加张力的作用,富勒将他的新观念命名为“张力式”,英语是张力(Tension)和完整(Integrity)二字的合成。在这种理想的结构中“压力杆件是张力大海中的一个小岛”。盖格先生对富勒的哲理,则有更进一步的解释,他认为“空间的跨越是由连续的张力索和不连续的压力杆”完成的。在这一理论基础上,他提出钢索穹项由以下杆件组成:中央张力环经由数目为四的倍数的脊索、环索、中继斜拉索、压力杆和斜拉索而到达压力环梁,形成一个完整封闭的张力拱结构系统。
钢索穹顶的特点在于:
1)单位重量轻:一般说来建筑在 70m—300m之间时,其平均自重(包括所有构件)均在15kg/m2—25Kg/m2范围内。而且无论跨距多大,单位面积自重,都不会超过250 Kg/m2。
2)形状多样化:通常做大跨距结构都是用圆形拱顶,但钢索穹顶可有许多选择。
3)屋顶面材有多种选择:钢索穹顶是张力拱,可以接受任何块状屋面材料,如钢板、玻璃、结构膜等。一般都将钢索穹顶和结构膜联想在一起;但并非必然如此。
4)施工方便、工期短:因为单位面积重量轻,施工机具及吊装设备用的较小,大部分钢索、杆件都在地面组装,只要将斜拉索张拉,即可将整个屋顶逐渐举起,几乎不需临时支架。
5)不漏雨,无维修:大型屋顶遇到的大问题是漏雨,通常传统的拱形屋顶,因受日照及其他气候因素影响,屋面材料5年—7年就会老化。一般情况下越大的屋顶,漏雨问题越不好处理。如果钢索穹顶和结构膜一齐使用,则可一劳永逸地解决漏水问题,张力膜紧绷在张力钢索网上,热胀冷缩只会使膜的预应力略为加减;而不会被破坏。
性的结构膜,因为有特氟隆面层,可吸收紫外线,故老化现象十分缓慢,保守而合理的推断可连续使用40年—50年。早建造的位于圣塔•巴巴拉的加州大学的膜结构已有28年,如今依然完好如新。因为化,故无需修理及维护,十分经济。
6)防风、抗震、防火、抗酸、碱、盐:性膜的单位张力在100Kg/cm以上,可抗飓风。表面涂料及布心的玻璃纤维,皆不自燃。因为自重只及传统钢拱屋顶的1/12,故对地震水平力的减低至为可观。特氟隆涂料的化学稳定性,对任何强酸、碱、盐份,皆无反应。