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    膜结构 Film structure
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    工程案例
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    +A级膜
    + 膜结构
    +B级透光膜
    +游泳馆吊顶
    +超清彩绘膜
    +超薄灯箱
    +LED灯具与驱动
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    + 膜结构
    一.膜结构的起源
    当代索膜结构技术的起源可以追溯到十九世纪具有历史的帐篷。举例来说,机械纺纱和织布的出现创造出了便于携带的巨大的帐篷,而帐篷的问世又为十九世纪后半期大量出现的四处流动的马戏团提供了前提条件。有的帐篷(如马戏团帐篷,见图)直径高达50,由机械制造的亚麻和帆布制成。围绕在圆形吊环四周的四根中柱在帐篷的中心附近支撑着马戏团帐篷。  这些就是流动的结构建筑,并由此能够保护人类免受气候的制约。这些设计同时也体现了当代索膜结构的两个最主要的特征:可变的表面形状和预应力。

     

    二.膜结构的形状
    张力膜结构提供无限多样的形状,从而在影响其空间品质方面具有极大的自由度。膜结构找形的过程是一个基于透彻理解这种类型结构的严格的扩展过程。制作简单的物理模型可以与铅笔绘制的草图进行比较,要设计和构建膜结构的每个人员都应试验采用物理建模法。物理建模法有助于理解张力平衡状态下的双弯曲膜结构。皂膜和衣膜模型以及弹性机械建模技术,都可成功地用于此用途。计算机模型的构建,比如物理建模过程,始于边界条件的布局。然后即可通过数值迭代过程来生成三维模型。
    1 反向张力膜结构
    反向弯曲形状,或者是具有张力并且稳定的双弯曲鞍形形状。张力和稳定性来自于膜平面及其线性边界的机械预应力。 
    2 同向弯曲张力膜结构 
    同向弯曲形状,或者是具有张力和稳定性的双弯曲球形形状。张力和稳定性由气压或水压垂直作用于膜曲面而产生。这种类型的结构包括空气承式结构和充气式结构。
    三.膜结构应用和分类
    索膜状建筑结构已广泛应用于广大范围的建筑物,服务于各种用途。
    膜结构通常分为如下三大类:
    1 开放张拉式膜结构
    可以通过钢柱及钢架支撑或钢索张拉成型,其造型非常优美活泼、富有生机,易于与大自然融为一体,满足人们返璞归真的需求,适合于中小型跨度的建筑,也适用于大跨度的体育场、游乐场等大型公用设施的看台挑蓬结构中。
    2 封闭骨架式膜结构
    骨架式膜结构是在稳定的骨架上覆盖模材料,易于施工和安装,受力分析也较简单、直观;索穹顶膜结构是骨架式膜结构的一个特例,但从理论分析到施工都有很大的难度。根据骨架体系的不同可用于中小型或大型、超大型的体育设施或公共活动场所。但由于其形状受到骨架体系的约束限制,故一般膜曲面较为呆板、灵活性不强。
    3 充气式膜结构
    充气式膜结构向室内不断的充气,室内外产生一定的压力差,使覆盖膜布受到一定的向上浮力。由于它跨中不需要任何支撑,因此适用与超大跨度的建筑,一般用于大型的公共设施。气胀式(气肋式)膜结构是由多个充气构件组成,易形成独特的建筑形式,一般用于街景、花园小品或小型建筑中,是充气式膜结构的一种类型。

     


     四.膜结构的建筑品质
    1 重量轻
    张力膜的重量很轻,因为它们的稳定性来自其预应力形状,而非所使用的大量材料。因此,它们比传统的建筑结构轻很多,然而却能提供很高的稳定性。小质量和大跨度为建筑师提供了以一种连贯、统一的方式表现整个结构组织、以及形成每个设计细节的轻盈性和稳定性的机会。
    2 半透明
    半透明性是广为接受的一项工程索膜建筑结构品质。的确,这种半透明性可以提供足量的太阳光照供标准建筑使用,它在建筑节能方面起着重要作用。就商业建筑示例来说,这对于需要充足光线甚至装饰表面的建筑而言尤其重要。通过使用自然光和人造光,这种半透明性还可为建筑设计提供多种美感可能性。在夜间,膜的半透明性可将建筑结构转变成具有雕刻感的发光体。
    3 柔韧性
    张力膜结构不具有刚性,它们的形状受风雪的影响而改变。膜的几何形状通过变形作用而与应用的负荷对应。这样,顺着承载力的方向膜结构会形成较小的半径,从而逐渐找到特定负荷情况下的更有效的结构形状。张力膜结构的柔韧性使之可以出现大的移位而不会永久变形。变化和反应的程度取决于材料的弹性和施加于膜结构的预应力水平。
    4 雕刻感
    张力膜独特的弯曲形状具有非常强的雕刻感。张力曲面可以自身找到平衡。上下活动的反向弯曲膜结构形状都可以保持平衡,并且还有可能建造看起来似乎摆脱了重力作力而在天地之间随意漂动的大型建筑。膜结构的这种雕刻感对于建筑物外部和内部都具有渲染力。
    5 安全性
    根据当前存在的国家标准和指导要求,轻型张力膜结构是经过精心设计和测定尺寸的安全建筑结构。在水平负荷(如地震)情况下,轻型结构特别稳定。
    6 功能
    由于张力结构的这些品质可以适用于众多建筑结构功能——从简单的遮阳屋顶到复杂的设计细节——因此它们具有许多特别相称的功能。
    7 富于表现力的建筑样式
    建筑功能对每座建筑而言都是共同具有的,它代表了一种理念。张力膜结构的独特形状展现了自身建筑情形的自然美。
    8 露天防护
    视特定的气候带不同,屋顶的一个主要功能是在日晒、雨淋和风雪天气条件下提供遮挡作用和舒适性。选择膜形状和材料应考虑所有合适的情况,进而提供一个舒适的内部环境。无论在什么情况下,都有可能通过各种方法,利用自身建筑结构来降低建筑物的能耗。
    9 活动性和临时性
    当视为建筑环境中一种可以反转的中间体时,轻盈的张力膜结构比其它建筑结构具有明显优势。这两个重要方面就是灵活性和机动性。易于做成可拆卸结构,易于运输,可用作巡回演出、展览等。
    10 可变性和可改造性
    与许多自然结构一样,可变结构可以视为一种能够人工改造的系统,可以根据需要进行改变。它们的空间布局具有机动性和可改造性,并可根据气候变化而改变。

    最常用的三种材料是:

     

    1.PVC涂层
    PVC膜材料是在高强聚酯纤维或聚氨酯纤维布基上敷聚氯乙烯树脂(PolyVinylChloride,简写PVC),或其它类似树脂,一般认为该类材料为阻然、半永久性材料,使用年限在20年以上;厚度在0.6~1.2mm;透光率在6~12%之间;强度一般在3000~9000N/5cm之间;耐火等级B1级。

     
    2.PTFE涂层

     
    PTFE膜材料是玻璃纤维布基上双面涂敷四氟乙烯树脂(Poly TetraFluoroeEhylene,简写PTFE),一般认为该类材料为不燃、永久性材料,使用年限在30年以上;厚度在0.6~1.2mm;透光率在8~18%之间;强度一般在3500~9000N/5cm之间;耐火等级A1级。
    3.ETFE材质
    ETFE(EthyleneTetraFluoEthylene)没有布基,是一种颗粒状结晶体的薄膜。一般做成双层或三层充气结构,厚度12~500um;透光率在95%以上;强度一般在30~60N/mm2之间;耐火等级B1级。

     

     


    膜材料的性能
    1. 高强度
    膜材料是一种柔性织物,组织内部只有存在一定的应力场,才能获得一定的刚度。因此,对于膜结构而言,任何情况下不允许膜中有无应力状态。在高应力状态下,膜材料的抗拉强度越高,越不易发生徐变和老化。因此,膜结构建筑中的膜材料必须具有较高的抗拉强度及抗撕裂强度。
    2. 阻燃
    膜建筑作为永久性或半永久性建筑,膜材本身必须应完全满足有关建筑材料防火指标的要求。以日本膜结构大国为例:至今仍没把膜材料作为不燃材料列入国家建筑标准,只是要求针对每个建筑单体膜材通过防火测试,满足要求即可。一般认为PTFE材料是不可燃材料,PVC材料是阻燃材料。
    3. 耐久
    膜材的耐久性不仅与其布基所用材料本身的性质有关,而且不同的涂层种类,对布基的保护程度各不相同,也影响着膜材的使用寿命。一般来说,PTFE材料的质保期在25年以上,PVC材料质保期在10年~15年,但到目前为止,PTFE材料工程有的已超过25年,PVC材料工程有的已超过20年,而继续正常使用。
    4. 自洁
    自洁性就是膜材料本身的防污自洁性能。一般建筑用PVC膜材料,在PVC涂层外,再加一层PVF(聚氟乙烯)或PVDF(聚二氟乙烯)或有机硅面层,能有效地改善其自洁性。PTFE膜材料自身则具有很好的防污自洁性能,不需要添加任何面层材料。
    5. 隔音
    通常膜结构建筑位于市区内,有的建筑在最繁华的闹市区,特别是用于音乐,娱乐等大型文化活动场所,为此对建筑的隔音提出较高的要求单层膜结构建筑往往用于对隔音要求不是太高的活动场所,目前有人提出增加膜材料的质量可提高其隔音性能,但真正能达到令人满意的性能指标,尚需待以时日。
    6. 保温隔热
    单层膜材料的保温性能大致相当于夹层玻璃,如果某建筑物对保温性能要求较高,就不得不考虑采用双层或多层膜,但双层或多层膜又损害了建筑物的透光性能,一般来说双层膜的透光率在4%~8%左右。透光性是膜建筑很吸引人的一个特点,有时很难让人在二者之间做出选择。只能寻求一种透光性好的内层膜材料,不过,就同类膜材料而言,其透光性越高,强度就越低。
    
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