时间:2024-11-03 20:38
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为使膜产生张力,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,穹顶内部气低于外部气压,也可以使膜面产生张力[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形成的结构,可形象地理解为用空气代替香肠肉来塞满管状膜。笔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形成拱[充气拱,图2(b)。把多根这样的充气梁或拱并排连接起来,可创造出建筑空间。并列的梁或拱并不是相互独立的,而是用连接构件连接成整体使用。管状的充气膜结构,被称为气胀式充气膜结构( air-inflated structure)。
膜材表面的防护涂层(PVDF,PTFE等),具有耐高温的特点,而且本身不发粘,落到膜材表面的灰尘能靠雨水的自然冲洗而达到自洁效果。膜结构具有轻盈稳定的结构特性,其重量是传统建筑的三十分之一,利用这一特点能设计和组织结构细部构件,创造巨大的无遮挡可视空间。此外,膜结构是一种柔性结构,在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形,膜结构通过变形来适应外荷载。根据环境及应用场合的不同,建筑师们把选好的“面料”(膜材)按尺寸裁剪,设计出各种的建筑款式,再与“辅料”(加强构件,如钢架、钢柱或钢索)结合通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间。
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)。
膜结构中的索、膜构件只能承受拉力、不能承受压力和弯矩作用,对外荷载的抵抗主要通过变形来实现,因而膜结构在外荷载作用下变形较大,计算时应考虑结构的几何非线性。膜材是非线性材料,其应力应变曲线在应力较大时变化较大,但通常设计应力比断裂强度小的多,此时可近似认为膜材是线弹性的。