膜結(jié)構(gòu)建筑常用結(jié)構(gòu)型式

     膜結(jié)構(gòu)屬于空間結(jié)構(gòu)體系,它不同于一般的鋼、木、磚和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),是繼網(wǎng)架、薄殼、懸索結(jié)構(gòu)之后新崛起的一個結(jié)構(gòu)體系。近三十年來,預(yù)應(yīng)力 索在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系得到了廣泛的研究和應(yīng)用。從膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和受力特點可將膜結(jié)構(gòu)分為張拉膜結(jié)構(gòu)、充氣膜結(jié)構(gòu)和框式膜結(jié)構(gòu)三大類。

2.1 張拉膜結(jié)構(gòu)

     張拉膜結(jié)構(gòu)是通過邊界條件給膜材施加一定的預(yù)張應(yīng)力,膜既是建筑物的維護體又作為結(jié)構(gòu)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(yīng)力分布與變形以及怎樣用二維的膜材料來模擬三維的空間曲面等一系列復(fù)雜的問題,都需通過計算確定,張拉膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展離不開計算機技術(shù)的進步和新算法的提出。

2.2 充氣膜結(jié)構(gòu)

     氣承式膜結(jié)構(gòu)依靠曲面內(nèi)外氣壓差來維持膜曲面的形狀。 氣承式膜結(jié)構(gòu)是在由膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的室內(nèi)充入空氣,保持使室內(nèi)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)來抵抗負載荷及外力的構(gòu)造形式。充氣膜結(jié)構(gòu)分為單層結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu),單層結(jié)構(gòu)如同肥皂泡,單層膜的內(nèi)壓大于外壓。此結(jié)構(gòu)具有大空間,重量輕,建造簡單的特點。但需要不斷輸入超壓氣體及需日常維護管理。雙層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),而且進出口可以敞開。

2.3 框式膜結(jié)構(gòu)

     框式膜結(jié)構(gòu)中膜面僅僅起到對框架結(jié)構(gòu)的維護作用,框架結(jié)構(gòu)可以是傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu),也可以是各類索結(jié)構(gòu)。

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(jié)構(gòu)建筑的開發(fā)與應(yīng)用,擺脫結(jié)構(gòu)對鋼材、木材、混凝土等傳統(tǒng)材料的依賴,為建筑帶來一場新的革命。用于膜結(jié)構(gòu)建筑的膜材料是在用纖維織成的基布上涂敷樹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性材料。基布主要承擔(dān)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(jié)構(gòu)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脂(簡寫PTFE),樹脂含量大于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,須有專用的工具與施工技術(shù)。

     PVC類膜材料的布基織物為聚脂或聚胺脂等,涂層為PVC樹脂,或氯丁橡膠類物質(zhì),一般另加有聚氟乙烯(PVF)或聚偏氟乙烯(PVDF)類面層。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。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,近年來已研發(fā)出以氟素系樹脂于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,可以抵抗由紫外線引起的降解,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樹脂做薄膜狀薄片(1aminate)加工,比PVDF膜的耐久性更佳,且具有