說起,張拉膜結構,相信大家都不陌生呢吧!它是城市命脈的關鍵性建筑,我們在日常生活中也是經常可以看見,那么今天典筑小編將帶領大家深入走進四川張拉膜的世界,去感受它的魅力所在,你準備好呢嗎?
張拉膜結構
城市的交通樞紐是城市命脈的關鍵性建筑,使用功能要求建筑物各組成單元的標志明確。因而近來年,這類建筑越來越多采用膜結構。建筑膜材料的使用壽命為25年以上。在使用期間,在雪或風荷載作用下均能保持材料的力學形態穩定不變。建成於1973年的美國加州La Verne大學的學生活動中心是已有23年歷史的張拉膜結構建筑.跟蹤測試與材料的加載與加速氣候變化的試驗,證明它的膜材料的力學性能與化學穩定性指標下降了20%至30%,但仍可正常使用。膜的表層光滑,具有彈性,大氣中的灰塵、化學物質的微粒極難附著與滲透,經雨水的沖刷建筑膜可恢復其原有的清潔面層與透光性。
張拉整體結構(Tensegrity)是由一組連續的拉桿和連續的或不連續的壓桿組合而成的自應力、自支撐的網狀桿系結構,其中「不連續的壓桿」的含義是壓桿的端部互不接觸,即一個節點上只連接一個壓桿。 Tensegrity是美國建筑師 R.B.Fuller首先提出的一種結構思想,他認為宇宙的運行就是按照張拉整體的原理進行的,即萬有引力是一個平衡的張力網,各個星球是這個網中的一個個獨立的孤立點。這種結構體系中的索網就相當於宇宙中的萬有引力,獨立的受壓桿件相當於宇宙中的星球。
簡述
只有正確表達結構邏輯的建筑才有強大的說服力與表現力”這句話揭示了張拉膜結構的精髓。對于張拉膜結構,任何附加的支撐和修飾都是多余的,其結構本身就是造型;換句話說,不符合結構的造型是不可能的,因為那樣的薄膜不是飄動的就是缺乏穩定性的。張拉膜結構的美就在于其“力”與“形”的完美結合。 張拉膜結構的基本組成單元通常有:膜材、索與支承結構(桅桿、拱或其他剛性構件)。
膜材一種新興的建筑材料,已被公認為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之后的“第六種建筑材料”。膜材本身受壓不大,抗彎也不是很好,所以要使膜結構正常工作就必須引入適當的預張力。此外,要保證膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力;而膜結構是通過改變形狀來分散荷載,從而獲得最小內力增長的。當膜結構在平衡位置附近出現變形時,可產生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的;另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個膜片具有良好的剛度,就應盡量形成負高斯曲面,即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”。“高點”通常是由桅桿來提供的,也許是由于這個原因,有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸掛膜結構(suspension membrane)。 索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長度,使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻指出,膜材的自由支承長度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外,索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐,從而保證不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌。
膜結構設計
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、膜面的最大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
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類最好,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,有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(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氟乙烯樹脂而成的材料。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最好的,但柔韌性差,施工較困難,成本也十分驚人。一些公司共同開發永久性膜材。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,使永久性的PTFE膜正式誕生。此后永久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。
張拉膜
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(乙烯-四氟乙烯共聚物)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。
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