膜結構工程實例

目前國內(nèi)膜結構發(fā)展振奮人心，隨著一些大型體育館、候機大廳等建設以及2010年上海世博會和廣州亞運會等國際盛會的舉辦，為中國膜結構的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。尤其在膜材方面，中國起步晚，技術水平低，大部分膜材還主要依靠進口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市場的主流，應用比較廣泛。中國已有PTFE膜材的自主知識產(chǎn)權，性能也基本達到國外同類產(chǎn)品的要求。很多公司、科研單位以及高校都在進行PVC表面涂層材料的研究，如PVDF、納米TiO2表涂劑等的研究已初見成效，另外在表面防污自潔處理方面的研究如仿生荷葉構筑微粗糙表面也開始起步。“鳥巢”采用雙層膜結構，外層用ETFE防雨雪防紫外線，內(nèi)層用PTFE達到保溫、防結露、隔音和光效的目的。在引進世界的生產(chǎn)設備和工藝技術的同時，加緊消化吸收并改進創(chuàng)新，盡快開發(fā)適合中國市場需求的膜材表面處理技術，對提升中國整個產(chǎn)業(yè)用紡織品產(chǎn)品檔次和市場競爭力都具有重要意義。

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膜結構建筑特點

膜結構建筑是用輕質高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成的具有一定剛度的穩(wěn)定曲面、可承受一定荷載、能夠覆蓋大空間的結構形式。由于充分發(fā)揮了材料抗拉強度高的特性,使得膜結構建筑具有以下優(yōu)點:

1.1 跨度大

據(jù)有關資料推測,跨度越大的建筑,采用膜結構越能體現(xiàn)其經(jīng)濟性。目前充氣結構建筑的無內(nèi)柱空間路度可做到200m以上。

1.2 結構重量輕

膜材本身質輕,支承膜材的鋼桿、鋼架與鋼索比相應的鋼筋混凝土也減輕不少重量。1970年日本大阪世界博覽會中的美國館,屋面重量每平方米僅1122kg。

膜結構設計步驟

常用的計算機找形方法：

（2）動力松弛法

動力松弛法（DynamicRelaxationMethod）是一種專門求解非線性系統(tǒng)平衡狀態(tài)的數(shù)值方法，他可以從任意假定的不平衡狀態(tài)開始迭代得到平衡狀態(tài)，早將這種方法用于索網(wǎng)結構的是Day和Bunce，而Barnes則成功地應用于膜結構的找形。 　　力密度法只是從空間上將膜離散化，而動力松弛法從空間和時間兩方面將膜結構體系離散化。空間上的離散化是將結構體系離散為單元和結點，并假定其質量集中于結點上。動力松弛法大特點是迭代過程中不需要形成剛度矩陣，節(jié)約了剛度矩陣的形成和分解時間，并可在計算過程中修改結構的拓撲和邊界條件，該方法用于求解給定邊界條件下的平衡曲面。時間上的離散化，是針對結點的振動過程而言的。初始

狀態(tài)的結點在激振力作用下開始振動，這時跟蹤體系的動能；當體系的動能達到極值時，將結點速度設置為零，跟蹤過程重新開始，直到不平衡力為，達到新的平衡為止。

動力松弛法大特點是迭代過程中不需要形成剛度矩陣，節(jié)約了剛度矩陣的形成和分解時間，并可在計算過程中修改結構的拓撲和邊界條件，該方法用于求解給定邊界條件下的平衡曲面。其缺點是迭代步驟往往很多。用動力松弛法找形的軟件有英國InTENS、新加坡WinFabric、英國Suface等。膜結構膜材：ETFE由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。