大跨结构第五章膜结构

第五章薄膜结构*共分张拉膜和充气膜结构两种；*张拉膜属于张拉结构的一种。*膜既是结构材料，又是建筑材料；*薄膜需要有足够的强度，还需要防水，隔热，透光或阻光；*工程常用的材料有：PVC薄膜，聚四氟乙烯涂层玻璃纤维布（特氟隆）等。PVC价格低，但强度和耐久性差，而特氟隆正好相反，所以在重要的场合一般都使用特氟隆，可以使用达到20年以上。具有良好的性能。第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点5.1薄膜结构分类和优缺点

1.张拉膜结构第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点*以上所见也被称为预应力薄膜结构,其受力和索网结构相似；*必须有预应力的存在才能建立结构的刚度；*一般是具有负高斯曲率的曲面；*边界可以是刚性构件，也可以是柔性构件。2.充气薄膜结构

充气薄膜结构是依靠薄膜内外空气压力差来承受外部荷载的结构，按照空气压力的大小，分为低压体系和高压体系两种。

1）低压体系空气压力差为10—100mm水柱。第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点*有正压体系和负压体系。正压体系是凸曲面，而负压体系是凹曲面的。单层薄膜充气结构（气承式薄膜充气结构）；一般是两道门，为了不漏气。双层薄膜充气结构在两层薄膜间充气（正压体系）或抽气（负压体系），也被称为‘气垫结构’；附加支承体系为了分担薄膜的拉力，减少膜内力，可用各种附加支承结构，如点式，附加线式（薄膜肋，钢索，梁和拱等），主要的目的是为了减少膜内力。点式，附加线式，薄膜肋。第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点2）.高压体系（气肋式薄膜充气结构）*内外压力差为2000—7000mm水柱，一般由管壮构件组成，管状构件可以传递一定的横向力，其作用如同梁，拱和空间构架等。*由于薄膜只能承受拉力，所以荷载引起的压力必须由较大的膜内力抵消，所以必须采用高压体系。压力比先前的低压体系高100—1000倍。

10mm水柱相当于100N/m2.第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点3.薄膜结构的优缺点

*优点

a.薄膜自重轻，充气结构仅为其他屋面结构的1/10，因而容易构成大跨度结构

b.透光性好，3mm的厚薄膜透光率可以达到65%，白天基本不需要人工采光，节约。

c.易于施工，由于质量很轻，所以现场装配方便，并且可以与工厂生产相结合，施工速度快；

*缺点

a.隔热性差；

b.抵抗局部荷载的能力差；

c.充气结构还需要不断送风到内部。第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点第5章膜结构第1节膜结构分类和优缺点*膜（三维体系）体系的特点索是二维体系，膜是三维体系。其工作特点相同：1、其力学模型为处处铰链相连。形成三维体系。2、几何形状与荷载位置、大小、性质有关。几何形状通过“找形”解决。这是几何非线性问题。3、刚度与应力，几何尺寸，材料弹性模量有关。4、节点构造复杂，施工困难。第5章膜结构第2节薄膜结构的基本方程5.2薄膜结构的基本方程可以由薄壳结构的无矩理论公式中得到。如果采用正交曲线坐标表示。则有：平衡方程式中，T1,T2,T12=T21

分别为薄膜中沿方向的拉力和剪力，R1,R2

分别是任一点的主曲率半径；q1,q2,q3分别是沿轴向及法向作用的外荷载。A1,A2是轴向微体截面积第5章膜结构2.物理方程

薄膜一般采用正交异性的物理模式：3.几何方程

在小变形的条件下，薄膜的几何方程为：第2节薄膜结构的基本方程第5章膜结构4.抗皱条件

上述各个方程的成立是建立在薄膜始终处于拉紧状态下的基础上的，因此我们还需要对薄膜的应力进行限制。即：也即：，，第2节薄膜结构的基本方程第5章膜结构这几个式子被称为薄膜结构的基本方程。这是初步的估算方法。精确的方法采用了复杂的非线性计算方法，还有采用实验