时间:2024-06-12 18:17
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充气膜结构的力学原理在膜结构中,利用气压使膜产生张力,以此来抵抗外力的结构,称为充气膜结构。根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。气承式充气膜结构是把大面积的膜材周边固定,利用膜内外两侧的气压差使膜产生张力而形成的结构。典型的结构是将空气充入裁剪成穹顶形状的膜面内部,使膜面鼓起形成穹顶结构这种穹顶被称为充气穹顶图1(a)。将空气充入周边牢固固定的2片膜之间,2片膜各自的力学性质与充气穹顶基本相同。这类结构,统称为气承式。充气膜结构(air: supported structure)。
膜面的主应力应小于膜材的强度设计值,在荷载长期作用下,主应力应大于等于维持其初始平衡形状的应力值。膜结构一体化设计时,应考虑膜材的松弛、徐变、老化。膜结构设计时,应考虑使用阶段膜材替换对整体结构的影响。膜结构设计应考虑膜材破坏时,支承结构仍应保持自身的强度、刚度及稳定性。膜结构的计算分析方法很多,目前得到公认并被广泛应用的主要有三种:非线性有限元法、动力松弛法和力密度法。非线性有限元法是将膜结构进行有限元离散,采用大μ移小应变的几何非线性有限元方法对膜结构进行分析,得到的结构的位移和内力。
膜结构是一种古老的结构型式,它具有轻盈,纤薄,柔软的质感,与传统的混凝土有明显的区别,常常能给人以耳目一新的艺术感受。 膜结构属于柔性材料,膜材本身的受弯刚度几乎为零,但通过不同的支撑体系可以使薄膜结构承受张力,从而形成具有一定刚度的稳定曲面。
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)。