膜結構設計編輯一、膜結構采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法，用分項系數的設計表達式進行計算。 二、膜結構應根據建筑物的性質和等級、使用年限、使用功能、結構跨度、防火要求、地區自然條件及膜材的耐用年限等要求進行膜材選用。 三、膜結構的設計應根據荷載、支承條件、制作加工、施工工況及其它特殊條件進行。 四、膜結構的設計內容包括形狀設計、荷載分析、裁剪設計、配件設計、支承結構設計。 五、對膜結構的形狀設計、荷載分析、裁剪設計，應在考慮施工過程的基礎上進行一體化的設計。 六、膜材只能承受拉力，不能承受壓力和彎矩。 七、膜面的主應力應小于膜材的強度設計值，在荷載長期作用下，最小主應力應大于等于維持其初始平衡形狀的應力值。 八、膜結構一體化設計時，應考慮膜材的松弛、徐變、老化。 九、膜結構設計時，應考慮使用階段膜材替換對整體結構的影響。 十、膜結構設計應考慮膜材破壞時，支承結構仍應保持自身的強度、剛度及穩定性。膜材分類編輯膜材分類目前建筑膜材廣泛認可的標準是日本JISA-93所規定的A、B、C三類，是根據其防火性能的優劣來劃分的。A類A類，以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成；B類B類次之，以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成；C類C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸）織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分，有聚四（PTFE）、聚偏（PVDF）、聚（PVF）、聚（PVC）、聚氨酯（PU）、橡膠等。PTFE建筑膜材PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上涂以聚四樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建筑膜材中的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。一些公司共同開發性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆，使性的PTFE膜正式誕生。此后性膜結構正式在美國風行，許多學者對膜結構進行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結果表明，這種膜材的力學性能與化學穩定性指標只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學物質微粒極難附著與滲透，經雨水沖刷建筑膜可恢復其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。 目前國外對這種膜材的開發和應用比較成熟，生產廠家也很多。玻纖PVC建筑膜材這種膜材開發和應用得比較早，通常規定PVC涂層在玻璃纖維織物經緯線交點上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會太厚，達到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，涂層時常常加入一些光、熱穩定劑，淺色透明產品宜加一定量的紫外吸收劑，深色產品常加炭黑做穩定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法，可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧，用云母或石英來防止表面發粘和沾污。玻纖有機硅樹脂建筑膜材有機硅樹脂具有優異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點，該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量，另外還具有良好的透光性。Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的，目前這種膜材應用的不多，生產廠家也較少。
玻纖合成橡膠建筑膜材合成橡膠（如丁腈橡膠，氯丁橡膠）韌性好，對陽光、臭氧、熱老化穩定，具有突出的耐磨損性、耐化學性和阻燃性，可達到半透明狀態，但由于容易發黃，故一般用于深色涂層。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，目前國外的生產廠家也不多。ETFE建筑膜材由ETFE（-四共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優良的抗沖擊性能、電性能、熱穩定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。近年來，ETFE膜材的應用在很多方面可以取代其他產品而表現出強大的優勢和市場前景。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”，質量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃；可有效的利用自然光，節約能源；良好的聲學性能。自清潔功能使表面不易沾污，且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物，清潔周期大約為5年。另外，ETFE膜可在現成預制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環境容易損壞材料而造成漏氣，維護費用高等，但是隨著大型體育館、游客場所、候機大廳等的建設，ETFE更突顯自己的優勢。目前生產這種膜材的公司很少，只有少數幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發和應用在國外發達國家也不過十幾年的歷史。包括內容1，初始態分析：確保生成形狀穩定、應力分布均勻的三維平衡曲面，并能夠抵抗各種可能的荷載工況；這是一個反復修正的過程。2，荷載態分析：張拉膜結構自身重量很輕，僅為鋼結構的1/5，混凝土結構的1/40；因此膜結構對地震力有良好的適應性，而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對膜結構的設計通常采用安全系數法。3，主要結構構件尺寸的確定，及對支承結構的有限元分析。當支承結構的設計方法與膜結構不同時，應注意不同設計方法間的系數轉換。4，連接設計：包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。5，剪裁設計：這一過程應具備必要的試驗數據，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）。膜結構在方案階段需要考慮的問題有：1，預張力的大小及張拉方式；2，根據控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式；3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水（雪）；4，關鍵節點的設計，以避免應力集中；5，考慮膜材的運輸和吊裝；6，耐久性與防火考慮。在膜結構設計階段所要考慮的要點有：1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果；2，細化支承結構，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀；3，簡化膜與支承結構間的連接節點，降低現場施工量。膜結構研究的主要問題有：1，找形（Form-finding）或更進一步叫“形態理論”；2，考慮膜材松弛和各向異性下的結構響應；3，結構在風荷載作用下的動力穩定性；4，裁剪優化；5，膜與索及支承結構間的相互作用。發展方向膜結構是建筑結構中發展起來的一種形式，它以性能優良的織物為材料，或是向膜內充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結構將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系。自從1970年代以來， 膜結構在國外已逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中。 膜結構已成為結構設計選型中的一個主要方案。成為化纖紡織品應用的一個重要領域。
膜結構是20世紀中期發展起來的一種新型建筑結構類型，它打破了純直線建筑風格的模式，以其的優美曲面造型，簡潔、明快、剛與柔、力與美的組合，給人耳目一新的感覺，同時給建筑設計師提供了更大的想象和創造空間。膜結構具有強烈的時代感和代表性，是集建筑學、結構力學、精細化工、材料科學、計算機技術等為一體的多學科交叉應用工程，具有很高的技術含量和藝術感染力，其曲面可以隨建筑師的設計需要任意變化。結合整體環境，建造出標志性的形象工程，并且實用性強、應用領域廣泛。既可應用了大型公共設施，如體育場館的屋頂系統、機場大廳、展覽中心、購物中心、停車場、站臺設施等。又可應用于休閑設施、工業設施、入口廊道以及標志性或景觀性的建筑、小品等。由于膜材的光透性，白天陽光可以透過膜材形成慢射光，使膜覆蓋空間內達到和室外幾乎一樣的自然效果，因此膜結構能創造出與自然環境相媲美的空間形式。
索膜結構作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由于此，用膜結構可以創造出傳統建筑體系無法實現的設計方案。
⒈輕質：張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建筑結構的小得多，但卻具有良好的穩定性，建筑師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件，將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。
⒉透光性：透光性是現代膜結構最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度，這對于建筑節能十分重要。對于一些要求光照多且亮度高的商業建筑等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用，膜材透光性可為建筑設計提供更大的美學創作空間。夜晚，透光性將膜結構變成了光的雕塑。
膜材透光性是由它的基層纖維、涂層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間，有的膜材的光譜透射比可以達到40%，而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過涂層的顏色或是面層顏色來調節。
通過膜材和透光保溫材料的適當組合，可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個百分點，膜屋面對于人眼來說依然是發亮和透光的，具有輕型屋面的觀感。
⒊柔性：張拉膜結構不是剛性的，其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載，在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小，直至能更有效抵抗該荷載。
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