建筑結(jié)構(gòu)選型-膜結(jié)構(gòu)（PPT68頁）

1、第一節(jié) 概述第二節(jié) 充氣式膜結(jié)構(gòu)第三節(jié) 張拉式膜結(jié)構(gòu)第四節(jié) 骨架式膜結(jié)構(gòu)第五節(jié) 膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和膜材料的特征第六節(jié) 膜結(jié)構(gòu)的典型案例第十二章 膜結(jié)構(gòu)第一節(jié) 概述膜結(jié)構(gòu)，是由多種高強(qiáng)薄膜材料及輔助結(jié)構(gòu)通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力，并形成應(yīng)力控制下的某種空間形態(tài)，作為覆蓋結(jié)構(gòu)或建筑物主體，并具有足夠的剛度以抵御外部荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。 膜結(jié)構(gòu)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)等，另外還有一種組合式的膜結(jié)構(gòu)體系。組合式膜結(jié)構(gòu)通常是在自身穩(wěn)定的桁架體系上劃分若干個單元，每個單元上布置張拉式膜結(jié)構(gòu)單元，膜單元之間在受力上基本是相互獨(dú)立的，可認(rèn)為是多個簡單張拉式膜結(jié)構(gòu)單體的物理

2、組合，受力復(fù)雜性介于張拉式膜結(jié)構(gòu)和骨架式膜結(jié)構(gòu)之間。第二節(jié) 充氣式膜結(jié)構(gòu)1946年，美國的W.勃德首次造成了一座直徑15米的充氣穹頂，膜材料為尼龍纖維布，用于美軍雷達(dá)防護(hù)罩。1967年第一屆國際充氣結(jié)構(gòu)會議在德國斯圖加特召開。1970年大阪博覽會展示了人們可以用膜結(jié)構(gòu)建造永久性建筑。美國館日本富士館充氣式膜結(jié)構(gòu)可分為氣承式膜結(jié)構(gòu)和氣脹（囊）式膜結(jié)構(gòu)。氣承式膜結(jié)構(gòu)通過壓力控制系統(tǒng)向建筑物室內(nèi)充氣，使室內(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。氣脹（囊）式膜結(jié)構(gòu)是向單個（或多個）膜構(gòu)件內(nèi)充氣，使其保持足夠的內(nèi)壓，多個膜構(gòu)件進(jìn)行組合形成一定形狀的整體受力體系，氣承式

3、膜結(jié)構(gòu)氣脹（囊）式膜結(jié)構(gòu)充氣式膜結(jié)構(gòu)空間密閉，配置智能和機(jī)電控制系統(tǒng)，靠內(nèi)外氣壓差保持纖維膜的張力形成設(shè)計要求的曲面，室內(nèi)無需任何框架或支撐，可輕松長達(dá)120米的建筑跨度。美國依阿華州綜合體育館。蓋格公司設(shè)計的氣承式膜結(jié)構(gòu)。深圳東部華僑城大俠谷兒童樂園是中國首個氣膜結(jié)構(gòu)室內(nèi)兒童樂園, 2008年7月底建成，采用先進(jìn)的充氣膜建筑，充份體現(xiàn)了其高跨比，大空間無梁柱，自重輕等多種特點(diǎn)。廣島巨浪館 (1989)日本東京棒球館，充氣式索膜結(jié)構(gòu)第三節(jié) 張拉式膜結(jié)構(gòu)張拉式膜結(jié)構(gòu)是由索網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的，通過一定的方式給膜體施加一定的預(yù)張應(yīng)力，使其具有一定的形狀和剛度。長沙世界之窗威海體育場第四節(jié) 骨架式膜結(jié)構(gòu)

4、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)或索穹頂結(jié)構(gòu)等）與膜材料共同組成一個結(jié)構(gòu)受力體系。膜結(jié)構(gòu)用于法國卡巴里奧收費(fèi)站。長152m，最寬32m，4個35m高圓錐形桅桿支撐。1999年獲國際織物工業(yè)協(xié)會組織的成就獎。日本秋田“天穹”上海八萬人體育場索穹頂結(jié)構(gòu)早在20世紀(jì)50年代，美國建筑大師B.富勒從一些自然現(xiàn)象中受到啟發(fā)，富勒認(rèn)為宇宙的運(yùn)行是按照張拉原理進(jìn)行的，即萬有引力是一個平衡的張力網(wǎng)，而各個星球是這個網(wǎng)中的一個個孤立點(diǎn)，按照這個思想提出了張拉整體體系的概念，即由一系列不連續(xù)的壓桿和一系列連續(xù)的拉桿共同組成體系，即所謂“壓的孤島存在于拉的海洋中”。由于

5、張拉整體結(jié)構(gòu)固有的符合自然規(guī)律的特點(diǎn)，最大限度地利用了材料和截面的特性，可以用盡量少的鋼材建造超大跨度建筑。 美國的D.蓋格發(fā)展了B.富勒張拉整體的思想，提出了一 種張拉整體結(jié)構(gòu)索穹頂，并在最近十幾年里有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。索穹頂膜結(jié)構(gòu)是骨架式膜結(jié)構(gòu)的一種，其成型及受力非常復(fù)雜，施工難度大，技術(shù)條件要求高，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑的高科技。圣彼特斯堡“雷聲穹頂”索穹頂結(jié)構(gòu)示意圖國內(nèi)首項(xiàng)索穹頂結(jié)構(gòu)工程內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗全民健身活動中心 第五節(jié) 膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和膜材料的特征一、膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)膜作為繼木材、磚石、金屬、混凝土之后的第五代建筑結(jié)構(gòu)材料，具有顯著的自身特性。第一代木材和第三代鋼材拉壓性能均良

6、好，第二代磚石和第四代混凝土則只具備良好的抗壓能力，作為第五代的膜材料則只能受拉，沒有承壓和抗彎曲能力，這是膜的最本質(zhì)的特征。施加預(yù)應(yīng)力是薄膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。充氣式膜結(jié)構(gòu)是通過對薄膜充氣，利用薄膜的內(nèi)壓力獲得預(yù)應(yīng)力。膜結(jié)構(gòu)在充氣后，形成一定的形狀，并具有承載能力。下圖為朝陽體育館網(wǎng)球中心的充氣式膜結(jié)構(gòu)。張拉式膜結(jié)構(gòu)是從帳篷結(jié)構(gòu)得到啟示并發(fā)展起來的，它利用桅桿、拉索等支撐結(jié)構(gòu)將薄膜張掛，并利用拉索的張拉使薄膜張緊而獲得預(yù)應(yīng)力。薄膜在張拉后，形成一定的形狀，并具有承載能力。張拉式膜結(jié)構(gòu)對膜材料的強(qiáng)度有較高要求。骨架式膜結(jié)構(gòu)以薄膜取代傳統(tǒng)的屋蓋結(jié)構(gòu)，將薄膜張緊在一定彎曲形狀的骨架上，通過預(yù)

7、應(yīng)力施加設(shè)備的張拉而獲得預(yù)應(yīng)力。薄膜的承載能力依賴于骨架支撐結(jié)構(gòu)。骨架式膜結(jié)構(gòu)對膜材料的強(qiáng)度要求不高。二、膜結(jié)構(gòu)的工程特點(diǎn)1、自重輕：單位面積的結(jié)構(gòu)自重與造價不會隨跨度的明顯增加。2、選型優(yōu)美，富有時代氣息，色彩豐富。3、減少能源消耗：白天不用人工照明。4、施工速度快：膜結(jié)構(gòu)的膜和支撐系統(tǒng)都是批量生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝，節(jié)省了施工時間，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。1.基礎(chǔ)及承重鋼構(gòu)工程2.搭設(shè)腳手架3.現(xiàn)場除銹打磨 4.鋼結(jié)構(gòu)的拼裝5.噴刷面漆6.鋼構(gòu)件吊裝7.膜材吊裝 8.壓膜邊9.帽口固定 10.工程竣工5、經(jīng)濟(jì)效益明顯：日常維護(hù)費(fèi)用少。6、使用安全可靠：抗震性能好，不易引起火災(zāi)。7、可拆卸，易運(yùn)輸，可應(yīng)用

8、于巡回演出、展覽等活動。8、使用范圍廣。三、膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1、大型體育設(shè)施： 體育場、健身中心、游泳館、網(wǎng)球館、 籃球館等。 2、商業(yè)設(shè)施： 商場、購物中心、娛樂中心、大型會展場所、餐廳、酒店（挑檐）等的中廳或室內(nèi)裝飾。3、文化設(shè)施： 展覽中心、展覽館、劇院、音樂廳、會議廳、博物館、植物園、水族館、音樂廣場等。4、交通設(shè)施： 機(jī)場、火車站、公交車站、收費(fèi)站、碼頭、加油站、天橋連廊、飛機(jī)庫、停車場、候機(jī)廳等。5、工業(yè)設(shè)施： 工廠、倉庫、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等。6、景觀設(shè)施： 建筑入口、標(biāo)志性建筑或景觀性小品、公園與廣場休閑區(qū)的遮陽結(jié)構(gòu)、海濱娛樂休閑建筑、花園與庭院內(nèi)的小品、居住小區(qū)、

9、游樂場、步行街與城市街道小景、樓宇屋頂改造更新等。 運(yùn)動場館體育看臺類 1室內(nèi)張拉膜23文化設(shè)施的屋面4停車棚膜結(jié)構(gòu)用于過街橋收費(fèi)站天棚類5蔬菜大棚溫室6建筑入口景觀小品深圳華僑城東區(qū)超市步行街四、膜材料的性能膜結(jié)構(gòu)所用的膜材料為具有高強(qiáng)、阻燃、耐久、自潔等特性的復(fù)合材料，一般由基布和涂層兩部分組成。基布主要采用高強(qiáng)聚酯纖維或玻璃纖維絲編織而成。涂層材料主要有聚四氟乙烯（PTEF）和聚氯乙烯（PVC）。為提高膜材料的耐久、自潔等特性，聚氯乙烯類膜材料表面往往有一層氟面層或硅面層，以加強(qiáng)膜材料的耐火、耐久及防水、自潔等性能。常用膜材料主要有PTFE膜材料、ETFE膜材料、PVC膜材料。1、PTF

10、E膜材料為聚四氟乙烯樹脂與玻璃纖維基布，具有強(qiáng)度高，耐久性好，防火性好，自潔性好，而且不受紫外光的影響、使用壽命20年以上，具有高透光性，且透過膜材料的光線是自然散漫光，不會產(chǎn)生陰影與眩光。對太陽能的反射率高，熱吸收量很少，即使在夏季炎熱的曝光照射下室內(nèi)也不會受太大影響。2、ETFE膜材料為乙烯四氟乙烯共聚物，是一種耐擦傷，耐磨、耐高溫、耐腐蝕、絕緣、高安全性的材料?？拐鹦阅軆?yōu)越，能適應(yīng)200150C的工作溫度及惡劣氣候；抗拉強(qiáng)度高，在冰雹襲擊下僅留小小凹痕；阻燃材料，火災(zāi)危害??；表面光滑，自潔能力強(qiáng)。3、PVC膜材料使用年限一般為715年，為解決PVC膜材料的自潔性問題，通常在PVC涂層上再

11、涂上PVDF（聚偏氟乙酸樹脂），稱為PVDF膜材料。另一種涂TiO2的PVC膜材料，具有極高的自潔性。第六節(jié) 膜結(jié)構(gòu)的典型案例美國巴爾的摩6號碼頭音樂廳，F(xiàn)TL-托德.達(dá)朗設(shè)計。 亞特蘭大體育館(佐治亞穹頂)佐治亞體育館的結(jié)構(gòu)是一個空間桁架，其底部弦桿由環(huán)形索替代。它由涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維膜覆蓋。屋面呈鉆石狀，看上去象水晶一般。 結(jié)構(gòu)示意圖香港大球場該球場獲1995年美國建筑師協(xié)會獎，可容納4萬觀眾。球場的縱向用240m跨度，頂部標(biāo)高55m的拱形骨架支撐屋頂前沿，拱形骨架有12度的傾角，其截面為3.5m見方。 每塊1600m2的膜材，跨3組桁架。 這些膜材周邊壓緊，在桁架間用一直徑為 80mm的谷索壓住，膜本身施加有5100N的雙向預(yù)張力。千年穹頂穹頂周長為1km，直徑365 m，中心高度為50m，它由超過70km的鋼索懸吊在12根100m高的鋼桅桿上。屋頂由帶PTEE涂層的玻纖材料制成。 建筑設(shè)計: 理查德.羅杰斯事務(wù)所結(jié)構(gòu)設(shè)計：布羅.哈波爾德 青島頤中體育場柔性內(nèi)環(huán)由四根直徑90的平行鋼絲索組成，內(nèi)環(huán)梁與脊索的連接采用索夾 長軸弧形段為斜拉索支撐，短軸平行段為鋼桁架支撐。采用鋼桁架撐的目的主要解決體育場內(nèi)照明燈具的固定及維修的鋼馬道的固定.膜錐單元由脊索