大跨結構第五章膜結構

第五章薄膜結構*共分張拉膜和充氣膜結構兩種；*張拉膜屬于張拉結構的一種。*膜既是結構材料，又是建筑材料；*薄膜需要有足夠的強度，還需要防水，隔熱，透光或阻光；*工程常用的材料有：PVC薄膜，聚四氟乙烯涂層玻璃纖維布（特氟?。┑?。PVC價格低，但強度和耐久性差，而特氟隆正好相反，所以在重要的場合一般都使用特氟隆，可以使用達到20年以上。具有良好的性能。第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點5.1薄膜結構分類和優(yōu)缺點

1.張拉膜結構第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點*以上所見也被稱為預應力薄膜結構,其受力和索網結構相似；*必須有預應力的存在才能建立結構的剛度；*一般是具有負高斯曲率的曲面；*邊界可以是剛性構件，也可以是柔性構件。2.充氣薄膜結構

充氣薄膜結構是依靠薄膜內外空氣壓力差來承受外部荷載的結構，按照空氣壓力的大小，分為低壓體系和高壓體系兩種。

1）低壓體系空氣壓力差為10—100mm水柱。第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點*有正壓體系和負壓體系。正壓體系是凸曲面，而負壓體系是凹曲面的。單層薄膜充氣結構（氣承式薄膜充氣結構）；一般是兩道門，為了不漏氣。雙層薄膜充氣結構在兩層薄膜間充氣（正壓體系）或抽氣（負壓體系），也被稱為‘氣墊結構’；附加支承體系為了分擔薄膜的拉力，減少膜內力，可用各種附加支承結構，如點式，附加線式（薄膜肋，鋼索，梁和拱等），主要的目的是為了減少膜內力。點式，附加線式，薄膜肋。第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點2）.高壓體系（氣肋式薄膜充氣結構）*內外壓力差為2000—7000mm水柱，一般由管壯構件組成，管狀構件可以傳遞一定的橫向力，其作用如同梁，拱和空間構架等。*由于薄膜只能承受拉力，所以荷載引起的壓力必須由較大的膜內力抵消，所以必須采用高壓體系。壓力比先前的低壓體系高100—1000倍。

10mm水柱相當于100N/m2.第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點3.薄膜結構的優(yōu)缺點

*優(yōu)點

a.薄膜自重輕，充氣結構僅為其他屋面結構的1/10，因而容易構成大跨度結構

b.透光性好，3mm的厚薄膜透光率可以達到65%，白天基本不需要人工采光，節(jié)約。

c.易于施工，由于質量很輕，所以現(xiàn)場裝配方便，并且可以與工廠生產相結合，施工速度快；

*缺點

a.隔熱性差；

b.抵抗局部荷載的能力差；

c.充氣結構還需要不斷送風到內部。第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點第5章膜結構第1節(jié)膜結構分類和優(yōu)缺點*膜（三維體系）體系的特點索是二維體系，膜是三維體系。其工作特點相同：1、其力學模型為處處鉸鏈相連。形成三維體系。2、幾何形狀與荷載位置、大小、性質有關。幾何形狀通過“找形”解決。這是幾何非線性問題。3、剛度與應力，幾何尺寸，材料彈性模量有關。4、節(jié)點構造復雜，施工困難。第5章膜結構第2節(jié)薄膜結構的基本方程5.2薄膜結構的基本方程可以由薄殼結構的無矩理論公式中得到。如果采用正交曲線坐標表示。則有：平衡方程式中，T1,T2,T12=T21

分別為薄膜中沿方向的拉力和剪力，R1,R2

分別是任一點的主曲率半徑；q1,q2,q3分別是沿軸向及法向作用的外荷載。A1,A2是軸向微體截面積第5章膜結構2.物理方程

薄膜一般采用正交異性的物理模式：3.幾何方程

在小變形的條件下，薄膜的幾何方程為：第2節(jié)薄膜結構的基本方程第5章膜結構4.抗皺條件

上述各個方程的成立是建立在薄膜始終處于拉緊狀態(tài)下的基礎上的，因此我們還需要對薄膜的應力進行限制。即：也即：，，第2節(jié)薄膜結構的基本方程第5章膜結構這幾個式子被稱為薄膜結構的基本方程。這是初步的估算方法。精確的方法采用了復雜的非線性計算方法，還有采用實驗