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膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括體形設(shè)計(jì)、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(jì)確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)、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(qiáng)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(duì)膜結(jié)構(gòu)而言，任何時(shí)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(zhǔn)進(jìn)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(dòng)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(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進(jìn)行。由于其建筑形象的可塑性和結(jié)構(gòu)形式的高度靈活性和適應(yīng)性，該結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用極其廣泛。荷載分析的另一個(gè)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(gè)方向應(yīng)力增加而另一個(gè)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。因?yàn)槟げ牧媳容^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(qiáng)度儲(chǔ)備少，對(duì)受力構(gòu)件強(qiáng)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(jì)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(gè)膜結(jié)構(gòu)工程中較關(guān)鍵的一個(gè)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)展速度非常快。從1997年至2001年，五年內(nèi)我國建造的膜結(jié)構(gòu)達(dá)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。框式膜結(jié)構(gòu)框式膜結(jié)構(gòu)中膜面僅僅起到對(duì)框架結(jié)構(gòu)的維護(hù)作用,框架結(jié)構(gòu)可以是傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu),也可以是各類索結(jié)構(gòu)。2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)和廣州亞運(yùn)會(huì)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(kuò)張非常迅速。

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(gè)發(fā)達(dá)國家。用于特定結(jié)構(gòu)的膜結(jié)構(gòu)膜材性能可以通過雙軸試驗(yàn)來確定，并應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中。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(jì)、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(chǎng)上主要是以是PVC膜、PVF膜、PVDF、PTFE乃至較新的ETFE 膜材為主。

充氣膜結(jié)構(gòu)

充氣膜結(jié)構(gòu)分為單層結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu),單層結(jié)構(gòu)如同肥皂泡,單層膜的內(nèi)壓大于外壓。膜結(jié)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)膜結(jié)構(gòu)的清潔：膜結(jié)構(gòu)膜面上污垢的堆積與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件、膜結(jié)構(gòu)膜材特性和膜面的形狀有關(guān)。此結(jié)構(gòu)具有大空間,重量輕,建造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但需要不斷輸入超壓氣體及需日常維護(hù)管理。雙層結(jié)構(gòu)是雙層膜之間充入氣體,和單層相比可以充入高壓空氣,形成具有一定剛性的結(jié)構(gòu),而且進(jìn)出口可以敞開。