說(shuō)起，張拉膜結(jié)構(gòu)，相信大家都不陌生呢吧！它是城市命脈的關(guān)鍵性建筑，我們?cè)谌粘Ｉ钪幸彩墙?jīng)?？梢钥匆?jiàn)，那么今天典筑小編將帶領(lǐng)大家深入走進(jìn)四川張拉膜的世界，去感受它的魅力所在，你準(zhǔn)備好呢嗎？

張拉膜結(jié)構(gòu)

城市的交通樞紐是城市命脈的關(guān)鍵性建筑，使用功能要求建筑物各組成單元的標(biāo)志明確。因而近來(lái)年，這類建筑越來(lái)越多采用膜結(jié)構(gòu)。建筑膜材料的使用壽命為25年以上。在使用期間，在雪或風(fēng)荷載作用下均能保持材料的力學(xué)形態(tài)穩(wěn)定不變。建成於1973年的美國(guó)加州La Verne大學(xué)的學(xué)生活動(dòng)中心是已有23年歷史的張拉膜結(jié)構(gòu)建筑．跟蹤測(cè)試與材料的加載與加速氣候變化的試驗(yàn)，證明它的膜材料的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)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(xué)物質(zhì)的微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水的沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性。

張拉整體結(jié)構(gòu)（Tensegrity）是由一組連續(xù)的拉桿和連續(xù)的或不連續(xù)的壓桿組合而成的自應(yīng)力、自支撐的網(wǎng)狀桿系結(jié)構(gòu)，其中「不連續(xù)的壓桿」的含義是壓桿的端部互不接觸，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)上只連接一個(gè)壓桿。 Tensegrity是美國(guó)建筑師 R.B.Fuller首先提出的一種結(jié)構(gòu)思想，他認(rèn)為宇宙的運(yùn)行就是按照張拉整體的原理進(jìn)行的，即萬(wàn)有引力是一個(gè)平衡的張力網(wǎng)，各個(gè)星球是這個(gè)網(wǎng)中的一個(gè)個(gè)獨(dú)立的孤立點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)體系中的索網(wǎng)就相當(dāng)於宇宙中的萬(wàn)有引力，獨(dú)立的受壓桿件相當(dāng)於宇宙中的星球。

簡(jiǎn)述

只有正確表達(dá)結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才有強(qiáng)大的說(shuō)服力與表現(xiàn)力”這句話揭示了張拉膜結(jié)構(gòu)的精髓。對(duì)于張拉膜結(jié)構(gòu)，任何附加的支撐和修飾都是多余的，其結(jié)構(gòu)本身就是造型；換句話說(shuō)，不符合結(jié)構(gòu)的造型是不可能的，因?yàn)槟菢拥谋∧げ皇秋h動(dòng)的就是缺乏穩(wěn)定性的。張拉膜結(jié)構(gòu)的美就在于其“力”與“形”的完美結(jié)合。 張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結(jié)構(gòu)（桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件）。

膜材一種新興的建筑材料，已被公認(rèn)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(jié)構(gòu)正常工作就必須引入適當(dāng)?shù)念A(yù)張力。此外，要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個(gè)重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了減小結(jié)構(gòu)的變形就必須增加結(jié)構(gòu)的抗力；而膜結(jié)構(gòu)是通過(guò)改變形狀來(lái)分散荷載，從而獲得最小內(nèi)力增長(zhǎng)的。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時(shí)，可產(chǎn)生兩種回復(fù)力：一個(gè)是由幾何變形引起的；另一個(gè)是由材料應(yīng)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(gè)膜片具有良好的剛度，就應(yīng)盡量形成負(fù)高斯曲面，即沿對(duì)角方向分別形成“高點(diǎn)”和“低點(diǎn)”?！案唿c(diǎn)”通常是由桅桿來(lái)提供的，也許是由于這個(gè)原因，有些文獻(xiàn)上也把張拉膜結(jié)構(gòu)叫做懸掛膜結(jié)構(gòu)（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(zhǎng)度，使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻(xiàn)指出，膜材的自由支承長(zhǎng)度不宜超過(guò)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(gè)重要作用就是對(duì)桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐，從而保證不會(huì)因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、膜結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。

二、膜結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)和等級(jí)、使用年限、使用功能、結(jié)構(gòu)跨度、防火要求、地區(qū)自然條件及膜材的耐用年限等要求進(jìn)行膜材選用。

三、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)荷載、支承條件、制作加工、施工工況及其它特殊條件進(jìn)行。

四、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)、配件設(shè)計(jì)、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

五、對(duì)膜結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)，應(yīng)在考慮施工過(guò)程的基礎(chǔ)上進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)。

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(yīng)力應(yīng)小于膜材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，在荷載長(zhǎng)期作用下，最小主應(yīng)力應(yīng)大于等于維持其初始平衡形狀的應(yīng)力值。

八、膜結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變、老化。

九、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮使用階段膜材替換對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。

十、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮膜材破壞時(shí)，支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)保持自身的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。

膜材分類

目前建筑膜材廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是日本JISA-93所規(guī)定的A、B、C三類，是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來(lái)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(xì)玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹(shù)脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優(yōu)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(kāi)發(fā)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(jié)構(gòu)正式在美國(guó)風(fēng)行，許多學(xué)者對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。20年后跟蹤檢測(cè)結(jié)果表明，這種膜材的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒(méi)變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學(xué)物質(zhì)微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強(qiáng)大生命力和廣闊的市場(chǎng)前景。 目前國(guó)外對(duì)這種膜材的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用比較成熟，生產(chǎn)廠家也很多。

玻纖PVC建筑膜材

這種膜材開(kāi)發(fā)和應(yīng)用得比較早，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點(diǎn)上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會(huì)太厚，達(dá)到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，涂層時(shí)常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑，淺色透明產(chǎn)品宜加一定量的紫外吸收劑，深色產(chǎn)品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對(duì)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(lái)防止表面發(fā)粘和沾污。

玻纖有機(jī)硅樹(shù)脂建筑膜材

有機(jī)硅樹(shù)脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點(diǎn)，該膜材具有高的抗拉強(qiáng)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(shù)脂對(duì)玻璃纖維布涂覆而制成的，目前這種膜材應(yīng)用的不多，生產(chǎn)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(duì)陽(yáng)光、臭氧、熱老化穩(wěn)定，具有突出的耐磨損性、耐化學(xué)性和阻燃性，可達(dá)到半透明狀態(tài)，但由于容易發(fā)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(shù)脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價(jià)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(guó)外的生產(chǎn)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(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性，而且機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好。近年來(lái)，ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景。這種膜材透光性特別好，號(hào)稱“軟玻璃”，質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，熔融溫度高達(dá)200℃；可有效的利用自然光，節(jié)約能源；良好的聲學(xué)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(xiàn)成預(yù)制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣，維護(hù)費(fèi)用高等，但是隨著大型體育館、游客場(chǎng)所、候機(jī)大廳等的建設(shè)，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢(shì)。目前生產(chǎn)這種膜材的公司很少，只有少數(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發(fā)和應(yīng)用在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家也不過(guò)十幾年的歷史。

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