新型组合结构的-气胀式膜结构的新应用

新型组合结构的探索——气胀式膜结构的新应用摘要：膜结构作为一种新型的空间结构有很多优点，然而它的应用并够广泛。通过对膜结构的特点深入研究发现，气胀式膜结构更适合用来传递荷载，而不是用来作为主要的承载结构。通过和其它大跨度空间结构的组合能提高结构的跨度，同时得到经济、美观的新型结构。关键词：大跨度空间结构；气胀式膜结构；新型组合结构Exploreneworganizationalstructure——thenewapplicationofflantulencemenbrancestructureAbstract:themembrancestructurehavesomanyadvantagesasatypeofnewspacestructurebutitsapplicationisnotwide-rangingenough.DepthstudyofthecharacteristicsofmembranestructureandfoundFlantulencemembranestructuremoreappropriateforloadtransmission,Itisnotmeantasthemainbearingstructure.Throughthecombinationwithotherlarge-spanstructurecanimprovethespan,economically,aestheticallypleasingnewstructure.Keywords:large-spanspacestructure;Flantulencemembranestructure;neworganizationalstructure1．概述近年来,随着人们在体育、展览、文娱等活动的急剧增长和新材料、新技术的不断涌现,多种空间结构形式都得到了广泛的应用和飞速的发展。与此同时,人们对空间结构的要求也越来越高。单一类型的结构形式在跨度增大时,其不足之处越来越明显,经济性也显著下降,甚至成为不可能。正因为如此,由不同类型的结构形式组合而成的组合结构成为目前大跨空间结构发展和创新的新方向。组合结构的最大优点是:综合利用了各种不同结构在性能、综合经济指标等方面的优势,使得每一种单一类型的空间结构形式及其材料均能发挥最大的潜力,从而改善整个结构体系的受力性能,进一步增大空间结构所能达到的覆盖跨度,同时丰富大跨空间结构的形式。2．组合结构应用的现状按杂交结构组成,各部分的结构类型可分为:刚性结构之间的组合、刚性结构与柔性结构的组合和柔性结构之间的组合。2.1刚性结构之间的组合网壳和拱架的组合：北京石景山体育馆屋盖结构由三片四边形的双层鞍形网壳组成,各网壳支承于中央的三叉形刚架和外缘的钢筋混凝土边梁上。目前应用最广泛的是拱支网壳(架)结构体系。2.2刚性结构与柔性结构的组合目前应用较多的结构形式有弦支穹顶结构、张弦梁结构、张弦桁架结构、索桁结构、索拱结构和斜拉网格结构等。2.3柔性结构之间的组合常用的用拉索和桅杆组成的帐篷结构属于此类，还有索穹顶，索穹顶是由膜与张拉整体的组合结构。营从已应用捐的组合结吨构中，我芹们可以发生现虽然膜沸结构的使理用越来越咬广泛，但团在大跨度吵空间结构返中却仅仅蹦作为一个沟辅助结构缩，并没有奸真正起到潜共同承载甚的作用。坦膜结构作非为一种独净立的新型仙空间结构逆形式，很梦多结构优临势没能得鉴到充分的孕发挥。因毛此，本文夹希望对膜微结构的特赶点深入了警解能够探贴索出一些拼新型的组喜合结构。味3责.排膜结构的予优点及其垫分类捕3.1另桨膜结构的慈优点贡目亏前叠,肆建筑科技退面临的一学大发展趋征势就是材腹料革命。州膜结构建棋筑的开发提与应允用辛,饱可以摆脱倾对钢材、娃木材、混喇凝土等传扣统材料的旬依辟赖允,且为建筑带嗓来一场新夫的革命。绢不仅如里此裳,畏膜结构建社筑还具有匀很多优可点裂,诸比欲如陵:蛛3.1拉1侄跨度较治大布198屋5抄年日本建拢造的国际户体育博览念会网球场迫，栏高标1枝5跳米，跨融度式45*职2闯米。同年疏加拿大建柿造的卡尔宰加里体育题馆警,娃高狡36*陈5揭米，跨遵度精11丹2货米，建筑义面裁积村1115懂0岔平方米红。坝198削8服年建造的芒东京穹扭顶班,竹跨质度拖20隙1浊米烘高槐56*1遣9皮米。美国然亚特兰大梢建造的佐剑治亚体育犯馆，长轴沫为酬23沉5井米，短轴唤为拾18冷6横米，总高浇为慌79.2联4问米。据有泡关资料推倦测澡,素跨度越大诊的建屑筑丢,企采用膜结勾构越能体净现其经济视性。条3.1朽2匠结构重宾量轻罪膜材本身袜质魔轻姥,规支承膜材慈的钢杆、斥钢架与钢诉索比相应叼的钢筋混迷凝土也减没轻不少重宫量祥。骄197乘0价年日本大腔阪世界博智览会中的穿美国馆，维屋面重量堵每平方米管仅蛮1.22旋k稀g蜻。毒3.1密3姻施工方递便三膜材可以贪在工厂预触制成卷材森成酷品谊,穴与钢材一凝样便于工下业化生酱产扇,裙便于运输食安再装肌,棚施工时也际不需搭建豪脚手侍架雁,形工期较短匹。能容乏纳价5着万人的美每国卡理阿圆体育依馆冈,愧只用挽了祝1低0陵几个烟月竿,搂还是坝在高197粉9紫年建造召的穷,许现在世界献上一些大挑型的膜结中构建浑筑周,馋只需几个鹊月就能完腾工。青3.1腥4适造型美锣观肠膜结构建计筑由于结滑构组合形堆式的多样锣性衫,行其造型也疯极为丰抱富繁,誓它具有一常般建筑无岛法比拟的才表现殿力位,早加上膜材盛的颜色可悬以任意选葬择馒,亡更加强了雅艺术感染马力。踢3.1枕5旗费用低狼膜材本身个就是装修布材笨料咽,办可减少建塞筑物二次督装修费抄用夜;闪而且膜结石构建筑屋粗面的膜材惜透光性膝好成,猪能透过大奸量柔和的伍自然攀光间,借可降低白咽天的照明诉费用以及拌整个建筑友的供热与案空调费用含。瓣3.2兽庸膜结构的灯分类顶膜结构建咬筑大体可潜分为两大教类遣,正一类是充宰气建武筑药,捐另一类是寄帐篷建们筑副,瓜又称篷布赏张力建筑床。目前使任用较多的痰是帐篷张璃力建筑。旱即通过施机工过程中蚊对膜的张府拉来承受秋小范围的盆载荷并起谷到围护的洗作用。而服充气膜结宋构的使用红相对较少宗。有的把何充气膜结外构又分为擦气承式和尝气胀式。壳目前，国造内外气承垦式膜结构恩建筑较多败，如加拿另大圾B举C合馆、东京激穹顶、日丛本熊本穹瘦顶、日本模海浪馆、这北京燕化玻培训中心抽充气游泳后馆等。而攀气胀式膜脂结构建筑叨较少且跨掌度较小。野这是由于莲气胀式充极气结构的骂力学效能组较差，无惜法实现大封跨度。惧3.3庸洁对膜结构市的思考集通过对膜抽结构的特亭点及已有喝的工程实身例分析，待我们可以比发现膜结崖构属于柔溜性结构，在而且承载介能力及其劣有限，只多能作为建患筑的屋顶犬结构，并应且跨度不境大（前所姜述的跨度番大的特点昏其实是有轻其它结构彩承载）。镜既然本身情承载力不遍够，我们逃就应该横巾向思维，沃寻找膜结征构的其它参特点加以范应用。对股于气胀式唱充气膜结胡构，它承属载能力有蹲限，但它漫在传递荷援载时和其钩它结构相根比却有极袖大的优越斧性，我们腾是否可以虫加以利用对呢？严4差．气胀式筒膜结构功凳能的新发火现高—诊—合荷载传递敌结构墓气胀式膜微结构通过美内部气体坊压强大于携外部气体叠压强而支浪撑结构，杠当受到外仆部较集中时荷载时，俊通过局部我的变形使祥膜结构内逆部气体压妇强增大，矿由于气体素特殊的性应质，在支匠撑膜结构颜的面上，悄均匀分布幕压强，从僵而将原本替集中的荷系载均匀的暮传递给承后载结构（众图垂1叠）。灰这种转化碎通常情况霞下是通过丰大刚度构绒件去传递言，如钢板叛、混凝土春板来实现瞒，然而这哨又带来了英其它不利掉的因素。贤如增加了鹊结构的自蜜重，造价迟也有提高着。因此，逮和这些传喷递荷载的鹿构件相比篇，气胀式桑膜结构自束重轻、造趣价低的特污点成为了批极大的优柜势。连5斗.办气胀式膜兵结构的新急应用鸟利用气胀蜜式膜结构琴传递荷载侮的特点，睛将它和其紫它一些大辰跨空间结袜构形式进若行组合，茎优势互补聪，能形成宿经济、美拥观的新型三结构形式布。椅如气胀式鸟膜结构可伴以与网壳袍（架）结倡构的组合谅结构（贯图洲2切）。网壳扶结构单独绸作为承载趁结构形式介时，主要秀的破坏形以式是失稳炉破坏。而麻影响稳定阶性的主要沈因素是受免到非对称籍的半跨均痕布荷载或晓集中荷载济。如果在察网壳的上花方覆盖气侮胀式膜结辅构，通过盗气胀式膜虹结构的传革递，能将宣原本非对物称的半跨镇均布荷载似或集中荷涂载转化为队均布的全茄跨荷载，荣这将大大起提高网壳俱结构的临阀界荷载值报，承载能际力有很大例的提高。狂如某单层迎网壳结钱构普,返其俯视平奸面形状为垫圆歼形葬,晃球面直径慕为缠100殊m浮,鸭底平面的乱直径弃为转64*3美m怎,常矢高愤为休11*7移m佛,景球面中心夺角环为厦50°扫,箭周边铰支侦。含(1话)泥材料：钢伪管纳,E=徐,横剪切模量信。洒(2歉)零截面几何垦尺轰寸呢:柿空心钢歇管须,铅环杆与径正杆内径凯m朋,四外径夕m室,盆斜杆内径算m氧,苦外径覆m你。榜(3苹)肺采决用属ANSY幼S气有限元软滔件觉,羽对该结构泰在不同荷锯载条件下训进行稳定贯分析。馆全跨均布魂荷载下网翼壳的稳定桃性分析屋在全跨均献布荷载作傅用撞下血,卡网壳的极瓣限载荷为案,进最大位移时为赵0.37交忙m誉。抖半跨均布盈荷载下网猛壳的稳定范性分析面网壳在半弄跨均布荷滚载作用下娘得到的荷酬载镰-虎位移。从情图中可以艘看堡出竿,和当荷载达歇到踪,负结构发生壳屈筹曲疮,邻此时最大仓位移民为于0.10附咏m领。耗显然，全征跨均布荷株载情况下格的承载力反是半跨均拍布荷载承挨载力快的丝2.1舒3城倍。因此拥，使用气盘胀式膜结旬构对提高协网壳结构北的承载力慎效果会相降当显著。矩同时，本佛身也有一帖定的承载咐能力，能鸭分担部分六的荷载。脑这将使网避壳网架结局构的跨度们大幅度提鹿升。洋6外.柿气胀式膜乌结构应用昌前景辆由于荷载知的随机性拨以及不均牙布性导致批结构的临上界荷载或量稳定性降抖低，从而点促使结构今构件必须演增大尺寸辩或提高材怨料的性能垫来满足承欧载要求。肤因此，即咸浪费了空虎间又提高师了造价。街如果能充坑分利用气剧胀式膜结劝构的传递兔荷载的特与性，应用宁到大跨空狱间、桥梁虑、房屋等捆的结构当众中，能提钉高很大的济效益，该遵膜结构有踪很大的发侨展前景。结束语赶通过对目蓄前国内外夏空间结构折的发展现够状的分析援，拥有诸冰多优点的笔新型空间切结蚀构辈—匀—末膜结构的贺仅限于张施拉式与气汪承式膜结朗构，而对仁于气胀式被膜结的应猾用较少。达这是由于字对它的结间构优势认题识得不够透，气胀式公结构的优慰势在于它械的传递荷书载并改变餐荷载的类腾型，从而叙达到提高喘荷载能力齿的要求。雪因此，通进过与其它致结构形式螺的组合，挑使结构发膊挥更大的安效益。当铲然，该结籍构要能够爽真正应用走到工程实渐践当中，乓还需要大誓量的实验阁和论证。海苦于经费现以及