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        【干貨】四川張拉膜結構技術(shù)一覽!
        作者:admin    發(fā)布日期:2021/11/26     關(guān)注次數:     二維碼分享

        【干貨】四川張拉膜結構技術(shù)一覽!

        張拉膜帷幕是膜結構在建筑外圍護結構上的應用,非傳統的結構形式充滿(mǎn)張力且富于變化的曲面形態(tài),透明半透明膜材構成了亮堂、溫馨、浪漫的空間環(huán)境。


        張拉膜結構可使建筑師設計出各種張力自平衡、復雜且生動(dòng)的空間形式,在一天內隨光線(xiàn)變化,雕塑般的膜結構通過(guò)光與影可呈現出不同的形態(tài)。日出和日落時(shí),低入射角度的光線(xiàn)將凸顯屋頂的曲率和浮雕效果,太陽(yáng)位于遠地點(diǎn)時(shí),膜結構的流線(xiàn)型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子,利用膜材的透光性和反射性,經(jīng)過(guò)設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。


        索膜建筑的靈魂——預張力


        索膜結構之所以能滿(mǎn)足大跨度自由空間的技術(shù)要點(diǎn),最關(guān)鍵的就是其有效的空間預張力系統。索膜建筑是“預應力軟殼”,是預張力使“軟殼”各個(gè)部分(索、膜)在各種最不利荷載下的內力始終大于零(永遠處于拉伸狀態(tài)),它使“軟殼”成為空間整體工作的結構媒體和建

        筑外維護材料,索膜結構跨界于建筑與結構之間。


        預張力在索膜建筑中的關(guān)鍵作用


        1、使索膜建筑富有迷人的張力曲線(xiàn)和變幻莫測的空間。

        2、使整體空間結構體系得以協(xié)同工作。

        3、使體系得以覆蓋大面積、大跨度的自由空間。

        4、使體系得以抵抗狂風(fēng)、大雪等極不利荷載狀況。

        5、使膜體減少磨損、延長(cháng)使用壽命,成為永久建筑。

        6、使索膜建筑得以順暢排水。

        7、索膜建筑成為“可上人屋面”,為檢修提供便利條件。


        張拉膜的特點(diǎn)


        1、輕質(zhì)

        張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態(tài)而非材料來(lái)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(zhì)大跨的特點(diǎn)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(lái)。


        圖片


        2、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,尤其是對采光要求較高的商業(yè)建筑。通過(guò)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(xué)創(chuàng )作空間;夜晚,透光性將膜結構變成了光的雕塑。


        3、柔性


        張拉膜結構不是剛性的,其在風(fēng)荷載或雪荷載的作用下會(huì )產(chǎn)生變形。膜結構通過(guò)變形來(lái)適應外荷載,在此過(guò)程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會(huì )減小,直至能更有效抵抗該荷載。張拉結構的靈活性使其可以產(chǎn)生很大的位移而不發(fā)生永久性變形,膜材的彈性性能和預應力水平?jīng)Q定了膜結構的變形和反應,適應自然的柔性特點(diǎn)可以激發(fā)人們的建筑設計靈感。


        4、雕塑感


        張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感,膜面通過(guò)張力達到自平衡,負高斯膜面高低起伏具有的平衡感,使體型較大的結構,看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間,無(wú)論室內還是室外這種雕塑般的質(zhì)感都令人激動(dòng)。


        5、安全性


        按照現有的各國規范和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性,輕型結構在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩定性、由于自重較輕,即使發(fā)生意外坍塌,其危險性也較傳統建筑結構小,膜結構發(fā)生撕裂時(shí),若結構布置能保證桅桿、梁等剛性支承構件不發(fā)生坍塌,其危險性會(huì )更小。




        膜材種類(lèi)及其主要特性




        用于膜結構中的高強度柔韌薄膜稱(chēng)為張拉膜材料。它是一種耐久且高強度的涂層織物,由織物和涂層復合而成,具有質(zhì)地柔韌、厚度小、重量輕、透光性好的特點(diǎn),還具有良好的防火、氣密等特性。


        常用建筑膜材根據其材料特性的分為A(PTFE)、B、C (PVC) 三類(lèi)


        A類(lèi):PTFE,以玻璃纖維織物為基材涂PTFE(永久膜材)而成

        PTFE材料的主要特點(diǎn):強度高、彈性模量大、自潔、耐久耐火等性能好,但價(jià)格較貴,不易折疊,對裁剪制作精度要求較高,壽命一般在30年以上,適用于永久建筑。


        B類(lèi): PVC,以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成(目前較少使用)

        C類(lèi) : PVC,以聚酯(滌綸)織物為基材涂PVC而成


        PVC材料的主要特點(diǎn):強度低、彈性大、易老化、徐變大、自潔性、耐久防火性差,價(jià)格便宜,容易加工制作,色彩豐富,抗折疊性能好。在其表面涂一層聚四氟乙烯涂層, 可以提高其抗老化和自潔能力,壽命可達到15年左右。


        由ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)生料直接制成,這種膜材透光性好、質(zhì)量輕,為同等大小玻璃的1%。韌性好、抗拉強度較低、延展性大于400%,不易被撕裂。耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強,熔融溫度高達200℃,可有效利用自然光,節約能源,具有良好的聲學(xué)性能,自清潔能力。


        ETFE膜可單層使用,因強度較低,常與索網(wǎng)結合使用。也可制成氣枕形,但對周邊環(huán)境有較高的要求,在使用中需避免發(fā)生損壞材料而造成漏氣的情況,需要注意日常維護避免產(chǎn)生變形。




        張拉膜建筑的設計技術(shù)




        膜結構的設計步驟


        形態(tài)及體系設計


        1、確定建筑平、立面形狀尺寸。

        2、三維造型、凈空體量確定。

        3、各控制點(diǎn)坐標及結構形式。


        初始體形設計


        1、生成形狀穩定、應力分布均勻的三維平衡曲面。

        2、能夠抵抗各種可能的荷載工況。

        3、體形設計需要一個(gè)反復修正的過(guò)程。

        四川張拉膜


        體形分析


        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(fēng)的作用較為敏感;此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用,由于目前相關(guān)資料較少,因此對膜結構的設計通常采用安全系數法。


        荷載態(tài)分析


        通過(guò)找形得到結構的幾何形狀和相應的預應力分布,進(jìn)行荷載態(tài)響應分析。荷載取值、風(fēng)荷載的確定方法要針對索膜結構的特殊位置,主要結構構件尺寸的確定、對支承結構的有限元分析。


        荷載態(tài)分析目的

        檢查在各種荷載組合作用下結構的剛度是否足夠、膜面的應力和變形是否在許可范圍內,保證膜結構的穩定并盡量避免褶皺的出現,保證膜材不會(huì )因變形過(guò)大而導致應力松弛或因應力過(guò)大而導致破壞,并保證結構在風(fēng)、雪荷載作用下不會(huì )因變形或振動(dòng)過(guò)大而影響結構的使用功能等等。


        膜結構在方案階段需要考慮的問(wèn)題有


        1、預張力的大小及張拉方式。

        2、根據控制荷載來(lái)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(guān)鍵節點(diǎn)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(diǎn)有


        1、保證膜面有足夠的曲率,以獲得較大的剛度和美學(xué)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(jiǎn)化膜與支承結構間的連接節點(diǎn),降低現場(chǎng)施工量。


        解決主要問(wèn)題


        1、找形(Form-finding)或更進(jìn)一步叫“形態(tài)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(fēng)荷載作用下的動(dòng)力穩定性。

        4、裁剪優(yōu)化。

        5、膜與索及支承結構間的相互作用。


        膜材料本身沒(méi)有抗壓和抗彎強度,抗剪強度也很弱,其剛度和穩定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預張應力來(lái)提供。對膜結構而言,任何時(shí)候不存在無(wú)應力狀態(tài),膜曲面形狀最終必須滿(mǎn)足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學(xué)平衡,以此為基準進(jìn)行荷載分析和剪裁設計。


        膜領(lǐng)域結構的3種形式,從結構上分可分為:骨架式膜結構、張拉式膜結構以及充氣式膜結構。


        骨架式膜結構


        以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架,在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高,因屋頂造型比較單純,開(kāi)口部不易受限制,且經(jīng)濟效益高等特點(diǎn),廣泛適用于任何大,小規模的空間。


        張拉式膜結構


        以膜材、鋼索及支柱構成,利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安定的形式,除了可實(shí)踐具創(chuàng )意,創(chuàng )新且美觀(guān)的造型外,也是最能展現膜結構精神的構造形式.。大型跨距空間也多因施工精度要求高,結構性能強,且具豐富的表現力,所以造價(jià)略高于骨架式膜結構。


        充氣式膜結構


        充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結周邊,利用送風(fēng)系統讓室內氣壓上升到一定壓力后,使屋頂內外產(chǎn)生壓力差,以抵抗外力,利用氣壓來(lái)支撐。鋼索作為輔助材,無(wú)需任何梁、柱支撐,可得到更大的空間,施工快捷,經(jīng)濟效益高,但需維持24小時(shí)送風(fēng)機運轉,在持續運行及機器維護費用的成本上較高。


        荷載分析


        膜結構考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜曲面的變形較大,且隨著(zhù)受荷載形狀的改變,荷載分布也在改變。在外荷載作用下,膜應力將會(huì )在一個(gè)方向應力增加而另一個(gè)方向應力減少,這就要求施加初始張應力的程度要滿(mǎn)足在最不利荷載作用下應力不至于減少到零,即不出現皺褶。


        裁剪設計


        經(jīng)過(guò)找形分析而形成的膜結構通常為三維不可展空間曲面,進(jìn)行二維材料的裁剪,通過(guò)張拉形成所需要的三維空間曲面,是膜結構工程中一個(gè)關(guān),也是膜結構設計的一個(gè)獨特之處。


        膜片連接


        可靠連續——熱熔、機械壓緊、穿戴索扣、接頭栓接、套夾連接……


        膜片與鋼索的連接


        避免直接受力穿過(guò)切割膜材,盡量增加均勻受力點(diǎn)。


        膜片與鋼索的連接


        避免直接受力穿過(guò)切割膜材,盡量增加均勻受力點(diǎn)。


        膜片的張力形成


        彎管起拱使得坡度形成拱頂膜材,拉接受力點(diǎn)在旱溝內,避免泡浸。


        索與索連接


        應符合索網(wǎng)幕墻有關(guān)規定,膜本身具備彈性變形,可考慮代替彈簧構造,考慮膜和索徐變松弛后的索力調整方法。


        鋼索的設計和生產(chǎn)與索結構設計無(wú)二,柱頭、柱腳的設計與鋼結構設計無(wú)二。預張力施加方式以現象測量為依據,拒絕過(guò)緊或太松。


        膜結構項目實(shí)施主要步驟


        模型試驗


        張拉膜工程的試驗如同幕墻四性試驗,但更像風(fēng)洞試驗,主要驗證找形、裁料和張力的均勻性,評估其長(cháng)期穩定性。




        索膜結構工程案件分享




        索膜結構,在當下應用廣泛,無(wú)論是大型公建,還是在小型裝飾中,都有一定的涉及,其應用場(chǎng)景包括:


        文化設施——展覽中心、劇場(chǎng)、會(huì )議廳、博物館、植物園、水族館。

        體育設施——體育場(chǎng)、體育館、健身中心、游泳館、網(wǎng)球館、籃球館。

        商業(yè)設施——商場(chǎng)、購物中心、酒店、餐廳、商店門(mén)頭(挑檐)、商業(yè)街。

        交通設施——機場(chǎng)、火車(chē)站、公交車(chē)站、收費站、碼頭、加油站、天橋連廊。

        工業(yè)設施——工廠(chǎng)、倉庫、科研中心、處理中心、溫室、物流中心。

        景觀(guān)設施——建筑入口、標志性小品、步行街、停車(chē)場(chǎng)。

        以上就是我司典筑為大家總結的有關(guān)四川張拉膜其特點(diǎn)所在,大家覺(jué)得如何呢!如還想了解更多關(guān)于膜結構的資訊,請來(lái)電聯(lián)系我們,我們真誠期待與你的合作。


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