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膜结构建筑的发展及力学原理
2019-03-26 09:16:17
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一、膜结构的开展

膜结构作为居住空间的外表面的结构办法,在很悠远的古代就现已有在,将草席和兽皮、毛织物等皮樓用简单的木柱等顶起,用绳子固定在地面上构成稳定的简单住宅,这种建造办法在上古时代就开端运用了。皮膜质量较轻且巩固,富含柔软性,转移、暂时设置、重复运用都比较便当,现在游教民中依然还有运用,能够说,源于皮膜的运用.

近代的膜结构开端运用于杂技团的帐子。第二次世界大战后,不运用柱子而采用空气膨胀办法的充气膜结构也开端出现,并大范围地遍及开。膜结构的长处是,只有价格较低,短间内建造出大空间,这井不是只存在于杂技团的帐子,现代的膜结构也相同有这种特征。因为近年来新材料的进一步开发,有很多此类结构在长久建筑物上运用的例子。

在二战后.膜结构戏团帐子的测验着脱节旧马戏团帐子的相貌并成为现代的结构体系,以空气膜结构的出现为标志:开端的测验开端于美国的军用设施。

五分时时彩从美军的雷达穹顶及兵营、仓率等建设的经验积累中认识到充气膜结构的有用性的沃尔特·伯德,在1957年,采川充气赓结构建造了私家游泳池简易棚。经过《生活杂志》和其他的媒体的介绍,此结构在世界上广为人知,世界各地也开端进行各种测验。

五分时时彩美国馆(建筑设计:L戴蜂斯;结构设计:蓝格)是典型的充气穹顶。在具有近似于长轴142m,短轴83。5m的椭圆的平面形状的压环的内侧,用索张拉刚度加强的皮膜《用聚飄乙烯嘎涂的玻穗纤缘布),室内的气压相关于外侧气压要略微高(用水柱为30mm、用水银柱为2。3mm因为值较小。一般用水柱表明)。所以这种办法构成屋面结构。与跨度比较,此穹顶的特征是垂度十分低〔6。lm)。垂度低的穹顶中,风荷载分布比较均匀(吸力),这对膜结构的设计十分有利。此性质极大促进了之后的低垂度充气穹顶的开展

二、充气膜结构的力学原理

在膜结构中,运用气压使膜发生张力,以此来反抗外力的结构,称为充气膜结构。依据充气膜结构力学性质的不同进行分类,可分为气承式充气膜结构和气胀式管状充气膜结构(图1、2)。气承式充气膜结构是把大面积的膜材周边固定,运用膜表里两侧的气压差使膜发生张力而构成的结构。最典型的结构是将空气充入裁剪成穹顶形状的膜面内部,使膜面鼓起构成穹顶结构这种穹顶被称为充气穹顶图1(a)。将空气充入周边结实固定的2片膜之间,2片膜各自的力学性质与充气穹顶根本相同。这类结构,统称为气承式。充气膜结构(air: supported structure)。

为使膜发生张力,不一定要使穹顶内部的气压比外部气压高。只要具备应有的支承条件,穹顶内部气压低于外部气压,也能够使膜面发生张力[图1(c)。

气胀式管状充气膜结构,是在制作成管状的膜材内充人空气而构成的结构,可形象地理解为用空气替代腊肠肉来塞满管状膜。垂直的管状膜充气鼓胀水平放置,可得到梁[充气梁,图2(a);弯曲的管状膜充气鼓胀构成拱[充气拱,图2(b)。把多根这样的充气梁或拱并排衔接起来,可创造出建筑空间。并排的梁或拱并不是相互独立的,而是用衔接构件衔接成全体运用。管状的充气膜结构,被称为气胀式充气膜结构( air-inflated structure)。

五分时时彩如上所述,充气膜结构需求在膜的内部和外部气体之间发生气压差,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。

一般,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,此气压差值不需求依据建筑物规划的巨细而改动。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),在相同形状的梁(或许拱)中, 随着建筑物规划的增大,所需求的气压差也随之增大。也便是说,气胀式管状充气膜结构与气承式充气膜结构比较力学功率较低。为了弄清楚功率较低的原因,对气压差发生张力的平面膜与空气梁上施加相同荷载效果下的状况进行研究(图3)。拿出荷载效果下发生变形的膜的一部分进行研究(图4),膜的张力因为膜的变形会发生向上的力,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,会发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发生方向向下的力,使得充气梁的膜回到原先形态的趋势被抵消。这便是气胀式充气膜结构与气承式充气膜结构比较功率较低的原因。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动,也便是说,与充气穹顶比较,充气拱不得不说是功率较低的结构。虽然这样,运用充气拱结构,是因为这种结构具有特定的长处。充气穹顶必须常常坚持穹顶内部与外部空气的气压差,出人穹顶时,一定要经过空气密闭出入口(旋转门与前室等),会感觉十分不方便。与此相对,充气拱结构的室内气压与室外气压相同,出入口完全自由地敞开。并且,以前述富士群馆为例能够看出,气胀式充气拱结构能够构成与气承式充气穹顶结构完全不同的建筑造型。因为以上这些理由,

三、非充气膜结构

充气膜结构作为用皮膜覆盖空气的办法,具有多种长处,但也有缺点。最大的问题是维护管理。简而言之,此结构在建筑物存在期间,需求时时刻刻用送风器进行鼓气。相关于平常情况,在积雪时和暴风时,许多的空气穹顶需求添加室内气压。并且,需求有应对偶然停电的机制。近年,这种转换大多完全是自动进行,为了确保如一般情况那样进行转换,需求不断地维护管理,经济负担十分可观。

因此,关于不运用充气的膜结构的需求,自古以来就源源不绝。对不运用充气的膜面施加张力的办法,从古代就现已开端,如杂技团的帐子。用柱子顶起底部固定的膜面顶部,在马鞍形曲面的鸿沟之间张拉膜面等,这些对膜施加预应力的办法,在现在还是最普遍的办法(被称为悬置膜)。与充气膜结构比较,以这种办法构成的膜造型更有明显的紧绷感。

五分时时彩并且,也存在这么一种结构(被称为骨架膜结构):首要受力由钢结构等的骨架承担,膜仅作为骨架构件间张拉过渡的角色。



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