膜結構建筑常用結構型式

     膜結構屬于空間結構體系,它不同于一般的鋼、木、磚和鋼筋混凝土結構,是繼網(wǎng)架、薄殼、懸索結構之后新崛起的一個(gè)結構體系。近三十年來(lái),預應力 索在結構體系中的作用和優(yōu)勢已為工程師所充分認識,各種新型索和膜結構體系得到了廣泛的研究和應用。從膜結構的構造和受力特點(diǎn)可將膜結構分為張拉膜結構、充氣膜結構和框式膜結構三大類(lèi)。

2.1 張拉膜結構

     張拉膜結構是通過(guò)邊界條件給膜材施加一定的預張應力,膜既是建筑物的維護體又作為結構以抵抗外部荷載的作用,因此在一定的初始條件下,其形狀的確定、在外荷載作用下膜中應力分布與變形以及怎樣用二維的膜材料來(lái)模擬三維的空間曲面等一系列復雜的問(wèn)題,都需通過(guò)計算確定,張拉膜結構的發(fā)展離不開(kāi)計算機技術(shù)的進(jìn)步和新算法的提出。

2.2 充氣膜結構

     氣承式膜結構依靠曲面內外氣壓差來(lái)維持膜曲面的形狀。 氣承式膜結構是在由膜結構構成的室內充入空氣,保持使室內的空氣壓力始終大于室外的空氣壓力,由此使膜材料處于張力狀態(tài)來(lái)抵抗負載荷及外力的構造形式。充氣膜結構分為單層結構和雙層結構,單層結構如同肥皂泡,單層膜的內壓大于外壓。此結構具有大空間,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管理。雙層結構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構,而且進(jìn)出口可以敞開(kāi)。

2.3 框式膜結構

     框式膜結構中膜面僅僅起到對框架結構的維護作用,框架結構可以是傳統的剛性結構,也可以是各類(lèi)索結構。

3 膜材料

     21世紀建筑領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一是采用新材 料。膜結構建筑的開(kāi)發(fā)與應用,擺脫結構對鋼材、木材、混凝土等傳統材料的依賴(lài),為建筑帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。用于膜結構建筑的膜材料是在用纖維織成的基布上涂敷樹(shù)脂或橡膠等而制成的,高強度聚酯纖維是膜材的基質(zhì),保證膜材的強度;高分子聚合物涂層保證膜材的密實(shí)性;而惰性材料涂層則主要是保證膜材的自潔性。膜材料與金屬、木材等建筑材料不同,它具有柔軟性、透光性等特性,而且膜材料的基布是織物,由于織物徑向(經(jīng)紗)與緯向(緯紗)的特性不同,因而膜材料是一種異向型非線(xiàn)性材料�；�布主要承擔膜材料的抗拉、抗撕裂等力學(xué)特性及防火性、耐久性、自潔性、染色性及膜材料與膜材料的溶合性等特性。

    目前,膜結構建筑中最常用的材料主要有聚四氟乙烯(PTFE)膜材、聚氯乙烯(PVC)膜材和加面層的PVC膜材:PVDF膜材和PVF膜材。

     PTFE類(lèi)膜材料商品名叫特氟隆(Teflon),是在玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹(shù)脂(簡(jiǎn)寫(xiě)PTFE),樹(shù)脂含量大于90%。PTFE膜的特征是耐久性、防火性與防污性高。但PTFE膜與PVC膜比較,材料費與加工費高,且柔軟性低,在施工上為避免玻璃纖維被折斷,須有專(zhuān)用的工具與施工技術(shù)。

     PVC類(lèi)膜材料的布基織物為聚脂或聚胺脂等,涂層為PVC樹(shù)脂,或氯丁橡膠類(lèi)物質(zhì),一般另加有聚氟乙烯(PVF)或聚偏氟乙烯(PVDF)類(lèi)面層。PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜,且具有材質(zhì)柔軟、易施工的優(yōu)點(diǎn)。但在強度、耐用性、防火性等性能上較PTFE膜差。為了改善PVC膜材的耐火性及防污性,近年來(lái)已研發(fā)出以氟素系樹(shù)脂于PVC涂層材的表面處理上做涂層。

     為了解決PVC膜材料的自潔性,在PVC涂層上再涂上PVDF膜材料。PVDF是聚偏氟乙烯(Po-l yvinylideneFluoride)的略稱(chēng),可以抵抗由紫外線(xiàn)引起的降解,顏色變化,失去光澤,抵抗腐蝕,抵抗臟污,抵抗發(fā)霉。PVDF膜與一般的PVC膜比較,耐用年限可達7~10年左右,耐火性基本上達到了難燃級水平。

     PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹(shù)脂做薄膜狀薄片(1aminate)加工,比PVDF膜的耐久性更佳,且具有