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发布时间:
2023-08-03 18:49
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膜结构建筑是建筑结构的一种新形式,它集建筑,结构力学,精细化工,材料科学和计算机技术于一体,具有很高的技术含量。其弯曲的表面可以根据建筑师的设计需要随意改变。膜结构建筑以新颖独特的建筑形态和良好的应力特性,广泛用于体育健身设施,文化娱乐设施,交通运输设施,工农业建筑和地标建筑。
施工周期短。膜结构建筑施工项目的加工和生产均在工厂完成,可以减少现场施工时间,避免施工重叠。与传统的施工方法相比,膜结构建筑的施工周期至少可以缩短一半。一般情况下,该项目可以在两个月内完成,在建设期间不会影响其他项目的建设进度。大跨度。膜结构建筑中使用的膜材料轻,每平方米仅重约1千克,因此该膜结构可以从根本上克服在大跨度(无支撑)建筑上实施传统结构时遇到的困难, 有效地增加了空间使用面积。目前,膜结构建筑的跨度已超过200米。
膜结构的使用缺点:耐久性差。一般的膜材使用寿命为15~25年,与传统的混凝土及钢材相比有较大的差距,与“百年大计”的设计理念不同。隔热性差。如果强调透光性,只能用单层膜,隔热性就差,因而冬天冷、夏天热,需要空调。隔音效果较差。单层膜结构只能用于隔音要求不高的建筑。抵抗部荷载能力差。屋面会在部荷载作用下形成部凹陷,造成雨水或雪的淤积,使屋盖在淤积处的荷载增加,可能导致屋盖撕裂(帐蓬结构)或翻转(充气结构)。
如上所述,充气膜结构需要在膜的内部和外部气体之间产生气压差,此时所需的气压差值,在气承式充气膜结构和气胀式管状充气膜结构中有很大不同。通常,在气承式充气膜结构中,采用0.002-0.010kg/cm2、(水柱20~100mm)的气压差,此气压差值不需要根据建筑物规模的大小而改变。与此相对,气胀式管状充气膜结构中,所需的气压差为01~1kg/cm2(水柱1000~10000mm),在同样形状的梁(或者拱)中, 随着建筑物规模的增大,所需要的气压差也随之增大。也就是说,气胀式管状充气膜结构与气承式充气膜结构相比力学效率较低。为了弄清楚效率较低的原因,对气压差产生张力的平面膜与空气梁上施加相同荷载作用下的状况进行研究(图3)。拿出荷载作用下产生变形的膜的一部分进行研究(图4),膜的张力由于膜的变形会产生向上的力,膜有回到原先状态的趋势。相同条件下对充气梁的一部分进行研究(图5),充气梁的膜外皮,会产生与平面膜相同的向上的力,但是梁内压缩空气的压力反而产生方向向下的力,使得充气梁的膜回到原先形态的趋势被抵消。这就是气胀式充气膜结构与气承式充气膜结构相比效率较低的原因。将平面膜与充气梁弯曲,即做成充气穹顶和充气拱,这种关系一点也没改变,也就是说,与充气穹顶相比,充气拱说是效率较低的结构。尽管这样,使用充气拱结构,是因为这种结构具有特定的优点。充气穹顶经常保持穹顶内部与外部空气的气压差,出人穹顶时,一定要通过空气密闭出入口(旋转门与前室等),会感觉不方便。与此相对,充气拱结构的室内气压与室外气压相同,出入口自由地开放。并且,以前述富士群馆为例可以看出,气胀式充气拱结构可以形成与气承式充气穹顶结构不同的建筑造型。由于以上这些理由,预计气承式充气膜结构与气胀式充气膜结构今后将共同发展。