膜結(jié)構(gòu)分類

膜結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)受力特性大致可分為充氣式膜結(jié)構(gòu)、張拉式膜結(jié)構(gòu)、骨架式膜結(jié)構(gòu)、組合式膜結(jié)構(gòu)等四大類。

充氣式膜結(jié)構(gòu)又可分為氣承式膜結(jié)構(gòu)和氣賬式膜結(jié)構(gòu)（或叫氣肋式膜結(jié)構(gòu)），以及組合式氣膜（氣承式與氣肋式組合）。

氣承式膜結(jié)構(gòu)是通過壓力控制系統(tǒng)向建筑物室內(nèi)充氣，便室內(nèi)外保持一定的壓力差，膜體受到上浮力，并產(chǎn)生一定的預(yù)張力，以保證體系的剛度。室內(nèi)設(shè)置空壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來不斷地調(diào)整室內(nèi)氣壓，以適應(yīng)外部荷載的變化。

氣脹式膜結(jié)構(gòu)是向單個膜構(gòu)件內(nèi)充氣，使其保持足夠的壓力，多個膜構(gòu)件進行組合形成一定形狀的一個整體受力體系，這種結(jié)構(gòu)對膜材自身的氣密性要求很高，或需不斷地向膜結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)充氣。

張拉式膜結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)建筑的重要組成部分，膜面一般為負(fù)高斯曲面，因此，安體形豐富、自然流暢、曲面柔美，倍受建筑師們的青睞。但這種結(jié)構(gòu)體系受力分析復(fù)雜，對施工精度要求高，因此，其設(shè)計計算、加工制作工藝難度都較大。

骨架式膜結(jié)構(gòu)是自身封閉的、穩(wěn)定的骨架體系（一般是鋼桁架體系、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)或張拉整體體系）與膜材料共同組成一個結(jié)構(gòu)受力體系。應(yīng)該體系施工與常規(guī)結(jié)構(gòu)相似（除索網(wǎng)或張拉整體體系等的自身施工外），較易被工程界理解和接受，但為了讓膜具有一定的剛度，骨架體系提供給膜的支撐系統(tǒng)一般要有一定的曲度，并應(yīng)設(shè)置向膜中施加預(yù)應(yīng)力的機構(gòu)。

膜結(jié)構(gòu)的特點

　　透光性　　半透明是膜結(jié)構(gòu)最顯著的特征，與其它材料相比，無論是在美觀上或是在操作上，都有顯著的優(yōu)越性；散射光線，消除眩光，能將光線廣泛地漫射到其內(nèi)部空間；材料內(nèi)部涂層具有較高的反射率，能在夜間保持室內(nèi)的照明效果；夜間逆光照射下表面發(fā)光；自然照明，節(jié)省能源?！　∧茉垂?jié)省　　膜結(jié)構(gòu)外形美觀，同時又為人們創(chuàng)造了自然光采光的環(huán)境，與玻璃材料相比，它大大減少了熱量的傳遞，與不透光的材料相比，減少了室內(nèi)照明用電，使用膜結(jié)構(gòu)對能源問題的影響：在熱帶地區(qū)，減少了空調(diào)制冷用電量；在寒冷地區(qū)，增加了室內(nèi)取暖設(shè)備的用電。　　聲學(xué)效果　　建筑聲學(xué)主要是A、 排除外界噪聲 B、吸收室內(nèi)回音 膜結(jié)構(gòu)的膜材料，能讓室內(nèi)0-60HZ的低頻率噪音透過，較大面積和較高特殊需求的，可以采用專門的內(nèi)膜材料，吸收噪聲；當(dāng)然，膜材料對外部噪音減少阻隔能力是有限的，因此當(dāng)對外部隔噪聲要求較高時，膜材料可能是不適合的。　　防火　　膜材料完全滿足防火規(guī)范的要求，因此在高度和間隙度允許下，膜結(jié)構(gòu)適合于任何一種建筑，通常自動滅火系統(tǒng)對膜材料是適合的，防火設(shè)計時應(yīng)從總體考慮。耐用性?? 按照膜材料基材及表面涂層的不同，膜材料壽命分為幾個等級：5年、10-15年及永久性膜材?！　≡O(shè)計結(jié)構(gòu)與建筑的完全結(jié)合，找形來保證系統(tǒng)的靜態(tài)平衡；應(yīng)力分析非線性及大變位；膜結(jié)構(gòu)找形的互反雙曲面；適合各不同地區(qū)的風(fēng)雪荷載。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計參考

用曲面有限單元建立的膜結(jié)構(gòu)分析理論膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計可分為三個步驟：

(1)

找出一個初始平衡形狀；

(2)

各種荷載組合下的力學(xué)分析以保證安全；

(3)

裁剪制作。發(fā)達國家從六十年代起開始提出多種計算方法，

??? 到目前為止以有限元法為最先進、最普遍被采用的方法。而單元類型皆為三角形平面常應(yīng)變單元，該方法是從剛性板殼大變形理論移植過來的。

??? 從以下分析可以看到，膜結(jié)構(gòu)作為只能抗拉的軟殼體是不適宜采用這種平面單元的，因為對于剛性殼體來說，這種平板單元可以看成平面應(yīng)力單元和平板彎曲單元的組合，其單元剛陣可以由這兩種單元剛陣合并而成。而膜結(jié)構(gòu)作為軟殼體是不能抗彎的，只能靠薄膜曲面的曲率變化，從而引起膜表面中內(nèi)力重分布來抵抗垂直于曲面的外荷載。如果還是采用這種只有平面內(nèi)應(yīng)力的板單元，則應(yīng)變的線性部分將不反映平面外z方向位移的影響，這導(dǎo)致單元不包含z方向節(jié)點反力，就每個單元來說靜力是不平衡的。所幸的是應(yīng)變的非線性部分考慮了z向位移的影響，使得各單元合并起來的總的平衡方程通過不斷迭代能近似達到平衡，缺點是需要過多的平面內(nèi)位移來滿足平衡的要求，而實際情況是只需要一定的平面外和平面內(nèi)的位移及曲率變化就可以了。

??? 考慮到這些，我國膜結(jié)構(gòu)技術(shù)人員在國際上首次采用曲面膜單元，應(yīng)變的線性部分引入了z向位移及單元的曲率和扭率，非線性部分仍然保留z向位移的影響項。這樣無論是每個單元還是各單元合并后的平衡方程都能很容易滿足，迭代次數(shù)大為減少，而變形結(jié)果也更符合真實情況。而且由于單元內(nèi)各點應(yīng)力都不相同，據(jù)此判斷皺折是否出現(xiàn)會更為精確。最后求出的每個單元的曲率和扭率對于判斷初始找形的正誤和優(yōu)劣以及裁剪下料都能提供很多非常有用的信息。

用曲面有限單元建立的膜結(jié)構(gòu)找形及內(nèi)力計算方法極小曲面具有非常完美的表面形狀和應(yīng)力狀態(tài)，是膜結(jié)構(gòu)最合理的理想初始狀態(tài)。所謂極小曲面是指在給定邊界條件下面積最小的曲面。在這個曲面上任意一點的應(yīng)力都相等。發(fā)達國家從六十年代起開始對膜結(jié)構(gòu)找形提出多種計算方法，如物理模型法,力密度法,動力松馳法等，到目前為止以有限元法為最先進、最普遍采用的方法。不僅國內(nèi)，迄今國外的計算理論也都是以平面膜單元作為膜結(jié)構(gòu)的計算模型。該方法是從剛性板殼大變形理論移植過來的。膜結(jié)構(gòu)作為只能抗拉的軟殼體是不適宜采用這種平面單元的，其缺點是需要過多的平面內(nèi)位移來滿足平衡的要求，而實際情況是只需要一定的平面外和平面內(nèi)的位移及曲率變化就可以了。其后果就是在后面要進行的內(nèi)力計算時，代入真實材料常數(shù)后，由于前面找形得到的極小曲面與實際可能存在的膜結(jié)構(gòu)形狀的差距在視覺上可能不大，但對計算來說卻是不能忽視的，因此計算很容易發(fā)散或出現(xiàn)皺折。這也是前面其他方法的共同缺點，他們往往把這一連貫的過程區(qū)分成理想化的找形和實際驗算兩個階段，也就不能保證找出的形狀都能用真實的膜材建成等應(yīng)力極小曲面。

膜材分類

膜結(jié)構(gòu)建筑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涂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，而作為涂層材使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂（PVC）,硅酮(silicon)及聚四氟乙烯樹脂（PTFE），在力學(xué)上織物基材及涂層材分別具有影響下列的功能性質(zhì)?？椢锘摹估瓘姸?，抗撕裂強度，耐熱性，耐久性，防火性。涂層材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，透光性。

膜材料的選定建筑膜結(jié)構(gòu)的膜材，依涂層材不同大致可分為PVC膜與PTFE膜。膜材的正確選定應(yīng)考慮其建筑的規(guī)模大小、用途、形式、使用年限及預(yù)算等綜合因素后決定。

膜結(jié)構(gòu)建筑中最常用的膜材料：

PTFE

膜材料是指在極細(xì)的玻璃纖維編織成的基布上涂上PTFE（聚四氟乙烯）樹脂而形成的復(fù)合材料。涂層材的PTFE對酸、堿等化學(xué)物質(zhì)及紫外線非常安定，不易發(fā)生變色或破裂。玻璃纖維在經(jīng)長期使用后，不會引起強度劣化或張力減低，耐久性在35年以上。

PVDF

是二氟化樹脂（Polyvinylidene

Fluoride）的略稱，在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂涂層而成。其性能優(yōu)于純PVC膜材，價格相應(yīng)略高于純PVC膜材。PVDF膜與一般的PVC膜比較，耐用年限改善至15~20年左右。

PVC

膜材由聚氯乙烯（PVC）涂層和聚酯纖維基層復(fù)合而成，應(yīng)用廣泛，價格適中。一般PVC膜的耐用年限，依使用環(huán)境不同在10~12年。為了改善PVC膜材的耐侯性，近年來已研發(fā)出以氟素系樹脂在PVC涂層材的表面再作處理,以改善其耐侯性及防污性的新膜材。

ETFE

是Ethylene（乙?。etra（四）、Flour（氟）、Ethylene（乙?。┧膫€英文的縮寫。ETFE膜材料沒有任何布基，僅由一層乙稀四氟乙稀薄膜構(gòu)成，乙稀氟乙稀本身具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，不需要任何其它的面層保護。

膜材特點

PVDF室外膜PVC膜材料的使用年限一般在7到15年。

PVC膜材料的自潔性問題，主要靠極高自潔的Tio2(二氧化鈦)或PVDF涂層來解決。

PTFE膜材結(jié)構(gòu)輕、透光好，強度大！使用20年以上高自潔性，防火B(yǎng)1級，節(jié)能環(huán)保高度專業(yè)的加工工藝和嚴(yán)格的施工規(guī)程

ETFE膜材耐久性強，使用壽命在30年以上是永久性建筑的首選材料超自潔，防火材料專業(yè)的加工，嚴(yán)格的施工規(guī)程

膜材種類

???? 1. 希運膜材（法國或比利時）常用型號有：9153，9163，6101，B6000,B6013,B6101.

??? 2. 法拉利膜材Ferrari（法國）常用型號有：702S/T，1002S/T，1202S/T，1302S/T

??? 3. 米樂膜材Mehler（德國）常用型號有：FR700，F(xiàn)R900，F(xiàn)R1000

??? 4. 海德斯膜材Heytex（德國）常用型號有：5572，7773，5574，5577

??? 5. 杜肯膜材Duraskin（德國）常用型號有：6951，6617，6915，6618

??? 6. 艾美膜材（美國）常用型號有：P-320，P-280，P-270

??? 7. 秀博膜材（韓國）常用型號有：MSW—03，MSW—04，MSW—05，MST—04，MST—?? 05

??? 8.?海利奧斯膜材（日本）常用型號有：CC200-H，VDF321T—Ⅱ，VDF212T—Ⅱ，VDF102T—Ⅱ，VDF412T—Ⅱ

??? 9.賽德樂膜材(德國）常用型號有：S1000(II),S900E,S850.

??? 10.日本平岡膜材：P212T,P312T,P212S,COLL

? MAX212T,COOL MAX312T.

??? 11.意大利耐馳;type1,type2,type3,type4,type5.

??? 12.美國ECO,600,700,800,900,1000.

?? 13,奧洲太平洋T600,T700,T800,T900,T1000.等