论建筑膜材的强度性能及连接技术

1、论建筑膜材的强度性能及连接技术由于膜材织物的织线没有明显的可测截面，最好的测定方法是对材料进行重量和断裂试验。编织物的拉力通常按kP5cm计。膜材的断裂强度一般是指膜的单轴应力状态下的极限拉断强度，这不符合膜双向受拉的实际情况。一般编织物的受拉强度取决于每厘米中织线的数目、织线的登尼尔(900cm长度的线的重量)以及编织方式。高压结构中对几毫米厚的膜材强度需要超过1000kP5cm；而低压结构对强度及延伸性能要求较低，通常0712mm的膜材达到200-600 kP5cm的强度即可。也可通过爆破试验测定材料的强度和伸长，对周边夹住的试件用气压或液压充胀至爆破点，爆破压力通常以kPcm2表示。例如

2、，某种经纬向都具有400kP5cm拉力的聚酯织物其爆破压力为20 kP/cm2。 1 建筑膜材在双向受拉时，其应力一应变关系呈明、显的非线性性质，且随两轴之间应力比的变化而变化。复杂的非线性材料很不实用，应用近似线性化的材料应力一应变关系导致的误差很小。因为模型制作的误差、裁剪式样的变形、接缝处刚度的增大以及产生的皱折，常会进一步改变应力的分布，加之老化和永久荷载所引起的强度降低等，这种种因素都是很难测定的。所以在对膜结构进行设计时，通常仅考虑结构的几何非线性性质，认为膜材是弹性材料或正交各向异性的材料进行设计。 2.2 膜材的抗撕裂强度与粘结强度 可以用中间有小洞或一边有缺口的试件对膜材进行

3、撕裂试验，以取得抗撕裂一延伸性能。粘结强度(kpcm)是指由于材料受拉时涂层与编织物之间的粘结力。将两块5cm宽的试件用较小的压力叠合，再将其脱开，这种试验被称为“剥皮试验”。与粗纤维织物比较，光洁纤维织物的涂层机械附着能力较差。 膜材的撕裂破坏是由初始的小洞、裂缝及缺陷引发的，应保证建筑膜材在正常使用条件下，产生微小的裂缝或缺陷，但不会迅速扩展导致更大面积的撕裂破坏。膜的抗撕裂能力与其粘结强度有关。粘结强度增加时，抗撕裂一延伸性能会减小。因为膜材的抗撕裂破坏能力主要取决于初始裂缝形状的改变，应调整布丝的受力，而不应限制它的滑移，所以粘结强度不宜过大。此外，抗撕裂一延伸性能还会受到基布材料、编

4、织方法及涂层的影响。 2.3 膜材的强度性能关系 膜材的抗拉强度、粘结强度与抗撕裂强度之间有很大的相关性。基布编织紧密的膜材有很高的抗拉强度，但抗撕裂强度相应较低，这是由于其很高的弹性模量及基布与涂层间的粘结强度较大的缘故。高的弹性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘结作用又阻止了基布和涂层间的滑移，进一步限制了膜材的拉伸延展，这种特性使高抗拉强度膜材实际可用的抗拉强度大大降低，因为在实际工程中，膜材的破坏主要是抗撕裂强度不足引起的撕裂破坏。 膜材的疲劳强度比抗拉强度小得多，接缝的强度通常比材料强度小，且由于紫外线的照射会老化、变质，因此需对膜材在外部气候条件下进行性能试验，进行长期的观测。从的角

5、度看，膜材的耐久性还是令人满意的。微小的损伤可以修补，除稍加清洗改善透光度外，不需其他的养护和维修。 3. 薄膜材料的裁剪和连接技术 薄膜材料像服装一样需裁剪，再缝合、胶接或焊接。在欧洲市场上制成的商业半成品薄膜或涂层薄膜材料的门幅宽度通常是150cm，也有120cm、140cm、160cm或200cm的膜材。目前对标准形体的膜结构的裁剪式样，已可以用程序控制标绘器来完成，用计算机操纵自动样片切割机进行裁剪，节省了制图步骤。但是，对于多种多样的膜结构，要根据具体的几何形状确定与之相适应的裁剪式样，尽可能地简单、经济。有时几何形状不同的单片膜材接合在一起，出现多向薄膜拉力，很容易出现皱折，这时需

6、制作尺寸精确的模型来估计薄膜拉力并确定裁剪方案。根据所采用的连接方式，膜材两边需重叠2-4cm。裁剪方式的选择应遵循以下规则： （1） 单片形状规则、面积大的裁剪式样比小而不规则的裁剪式样好，接缝清晰、美观； （2） 接缝长度要尽量短，以减少浪费； （3） 对于无法避免的重叠接缝，应尽量使最少的接缝集中于一个地方； （4） 由于接缝处的强度比膜材强度低，所以沿主应力方向的接缝比同其垂直方向的接缝要经济； （5） 沿薄膜表面最陡方向的接缝使雨、雪易于滑落，保持表面的干燥，防止出现由于大的雪载引起陷落。 单片的薄膜需通过一定的方式连接起来，为保证膜结构整体的强度和稳定性，接缝的强度应与主要膜材的强

7、度接近，接缝处平整，韧性好，弹性尽可能大，保证几何曲面的美观。此外，接缝处无破损，在安装使用过程中无硬褶，表面不能渗水，对于充气薄膜要保证不漏，接缝要能具有一定的耐化学侵蚀能力。主要的接缝形式有缝制、粘合、焊接、铆接和夹钳。其中前三种是最经常使用的接缝形式。缝制和粘合接缝的强度可能因受紫外线和高温作用而降低，有效的保护办法是在接缝处涂一层保护性的上光涂层或在薄膜上喷铝雾。焊接是最佳的接合技术之一，焊接处的强度比膜材的强度还要高，焊接方法有热气、热烙以及高频热压。铆接是很少采用的方法，而夹钳一般用于临时结构。所有这些接缝都属于不可分接缝。有时膜建筑比较庞大，对此可制造分段标准构件，根据不同需要进行组合。建筑物扩建需增加或减少构件时，使用可分接缝来连接。可分接缝形式有拉链搭接、加压搭扣、套环连接、栓接和联系带连接等。可分接缝也可具有很好的气密性，但与不可分接缝相比，其造价昂贵，应尽量减少使用。 4. 结论 薄膜材料属于柔性极大的高分子化学建材，它的材料性能、强度性能不同于一般的传统建筑材料，并需通过特别的裁剪和连接技术才能应用于膜结构。薄膜材料的开发是一项系统工程，需要各系统及部门的共同努力。几十年来，全世界膜结构迅速，建筑膜材的销售额每年已达到30多亿美元，我国目前