充气膜结构共30页文档
充气膜结构简介PPT课件
充气结构
造型分类
根据被约束气体的压力性质，又可以把充气结构分为负压体系和正压体系。简单区分就是膜内 气压若低于大气压则为负压体系，反之，则为正压体系。负压体系空间造型的外廓线为凹曲面 形，凹曲面造型充气结构属于低压体系，原因是膜材的应力一般都不大，而极小的压差会在膜 面引起足够的膜面应力，容易获得要求的凹曲面造型。但凹曲面造型会引起积雪和积水等可能 造成的问题，并因风荷载可能会引起形状不稳定。而正压体系空间造型的外廓线为凸曲面形， 其结构内部气压应高于周围结构外部的大气压。凸曲面造型充气结构既有低压体系，又有高压 体系。因而凸曲面造型充气结构膜材的应力变化较大，在凸曲面充气结构造型设计时首先要确 定是低压体系还是高压体系，以确定选用的膜材。
Chapter
充气结构
充气膜结构在索穹顶体系出现之前，创造了段大跨建筑的辉煌发展史。
充气结构
简介
充气结构，又名"充气膜结构",是指在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空气后而形成房
屋的结构。充气式 充气结构 结构又可分为气承式膜结构和气胀式膜结构（或叫气肋式膜结
构）。
气承式膜结构（索膜结构）是通过压力控制系统向建筑物内充气，使室
材料
薄膜材料主要有玻璃纤维布、塑料薄膜、金属编织物等，其中用得最多的是玻璃纤维布，其表 面可涂聚四氟乙烯等类涂料，以增加耐久性和防火性。薄膜材料的接缝可采用熔接、粘接和缝 合等三种形式。
充气结构
建筑的空间造型设计中，可以充分利用符合力学原理的建筑造型来增强建筑艺术表现力。这就 是通过结构件变形来表现出的整体结构形式，完全不需要任何媒介而呈现空间造型，简洁、流 畅、自然。充气结构就是这样造型别致、变化无穷的结构形式。一片只能承受拉力的柔性薄膜 在受到有压差的气体作用时，呈现出充气的形状，它朝着气体密度低的方向变 形，直到位移和 形状趋于稳定。充气加压后的薄膜能够承受一定的外力，根据这一基本原理，可利用薄膜和受 约束的气体共同构成的一种充气结构体。充气结构是通过压差保持稳定的结构类型，对所采用 的充气结构的稳定性或承重构件作出正确的分析，就必须对其造型规律进行基本的研究。
充气膜结构的研究进展
充气膜结构的研究进展提要：本文从充气膜结构的结构设计原理入手，综述了其形态分析、荷载分析、剪裁分析等方面的研究现状与发展方向。
关键字：充气膜结构;形态分析;荷载分析;剪裁分析充气膜结构是以性能优良的薄膜为材料，通过向薄膜构成的密闭空间内充气，利用空气压力支撑膜面，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。
由于膜材所特有的非线性力学特点以及膜结构整体所表现的柔性、张力与形态的统一性，其结构设计原理显著区别于传统结构，属于大形变条件下应变和应力问题[1]。
主要包括四个阶段：方案设计、形态分析、荷载分析、剪裁分析。
其中，找形分析是基础，荷载分析是关键，剪裁分析是目标和归宿。
有关充气膜结构的主要研究工作也就集中在这三者之上[2-4]。
1形态分析又称找形分析、找形，目的是寻找满足边界条件和初应力平衡条件的结构形状。
初始平衡态的寻找是形态分析的关键，力密度法、动力松弛法和非线性有限元法是索膜结构初始形态分析的主要方法。
其中，非线性有限元法在我国相关领域内应用最为广泛。
陆鉴恒等人[5]针对膜结构找形中最小曲面的确定问题，采用动力松弛法，对迭代参数进行分析和简化，使迭代参数的简化只跟时间步长有关。
从算例数据可得出，在收敛范围内，迭代次数n随着迭代步时间步Δt的增加大体呈先减少再增加的趋势，最小值在T/4附近。
并发现：a.动态阻尼动力松弛法的两个参数是相互联系的，跟每一时间步质点对应的周期有关；b.参数的取值：虚拟质量为任意常数，时间步长与对应时刻的质点周期对应，取值范围为(0，T/π)，建议取T/4左右；c.此方法简化了参数的选择，明确了参数选择的物理意义。
简化虽然增加了迭代的次数，但是在可接受的范围内，且误差比较说明提出的方法计算精度高，结果可靠，值得尝试和进一步研究改进。
东南大学的周树路等人[6] 则针对力密度法的找形过程进行改进，避开其中“力密度”的概念，直接引入膜面应力和索拉力作为初始条件，以节点不平衡力作为控制误差，避免了传统力密度法需要反复试算力密度取值的弊端，使找形计算过程简洁高效。
充气膜结构设计与施工—技术指南
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充气膜结构作为一种新型的建筑材料，具有轻便、灵活、易于搭建等优点，在近年来得到了广泛的应用。
充气膜结构破坏案例
充气膜结构破坏案例今天就来跟您唠唠那些充气膜结构的倒霉事儿。
就说那个体育馆的充气膜结构吧。
有一回啊，天气那叫一个恶劣，狂风呼啸的。
这充气膜体育馆呢，就像一个大气球似的在那杵着。
本来设计的时候说能抗一定风力的，可谁知道那天的风就像发疯了一样，一阵超级猛的狂风刮过来，这充气膜的锚固点就遭了殃。
就好比您系气球的绳子突然松了一样，锚固点松动后，那膜就开始乱晃悠，像个喝醉了酒的大汉，然后“刺啦”一声，膜上就出现了一道大口子。
这口子就像大坝决堤一样，里面的气呼呼地往外跑，没一会儿，整个充气膜就瘪了下去，好好的一个体育馆就这么歇菜了。
还有一个工业用的充气膜仓库呢。
里面堆了不少货物，这充气膜仓库旁边有个施工现场。
有一天，施工的时候出了岔子，一个大吊车的起重臂突然失控，就像一个大铁胳膊乱挥，一下子就撞到了充气膜仓库上。
这充气膜哪经得住这么大力气的撞击啊，就像纸糊的一样，“砰”的一声，膜就破了个大洞。
里面的空气就像一群受惊的小鸟，全飞跑了。
这仓库里的货物可就惨了，有些都被暴露在了外面，要是赶上下雨啥的，损失可就大了。
还有个娱乐场的充气膜城堡也挺悲催的。
那天来了好多小朋友，在城堡里又蹦又跳的，玩得可开心了。
可是呢，这城堡的维护人员那天不知道咋回事儿，偷懒没检查气压。
结果小朋友们玩着玩着，就发现城堡有点不对劲了，开始慢慢瘪下去。
原来是有个小地方漏气了，因为气压不足，这充气膜城堡就像一个泄了气的皮球，小朋友们也只能一脸失望地被大人带走了。
这充气膜城堡就这么皱巴巴地躺在那，看起来可怜极了。
所以啊，充气膜结构虽然看着挺酷挺方便的，但要是不注意维护、遇到意外情况或者设计的时候考虑不周全，就很容易出问题呢。
充气膜结构的成形过程分析
了成形的晟后阶段由于气压的不断增大使膜面产生弹性变形外，膜面在绝大部分时间里均可近似认为进行
无伸长展开，但由于采用三角形刚性单元描述运动过程易造成机构锁死，故膜面无伸长展开时采用杆单元 进行膜面的模拟。
将（３）式应用于膜面划分的所有单元并组装成矩阵形式：。
Ａ。ｊ【。＝宦。
（５）
式中，Ａ。（ｍ×３ｎ）为膜面结构的几何约束矩阵，ｍ为膜面划分杆单元的个数，ｎ为膜面单元节点个数·
计算结果
试验结果
图５膜面在仅在重力作用下的形状
气压作用开始阶段，由于气压作用需要首先克服膜面重力的因素。所以膜面变形并不明显，膜面微有 起伏。数值计算与试验观测验证了该特点。
数值计算到３０步左右时（共２００步，此时内压约为１Ｐａ），结果显示膜面变形开始明显：计算到５０步
工业建筑２００７增刊
计算结果 图６第５０步（２．５Ｐａ）时形状
计算结果
试驻结果
图７第１００步（５Ｐａ）时形状
进行到１５０步（７．５Ｐａ）左右时，膜面波浪状起伏开始减少，膜面周围基本已达到最终位置，中心部 分有未完全鼓起的地方在继续运动。试验观测与计算结果基本一致；气枕体积还有增加，气枕压力依旧没 有明显变化（图８）。
计算结果
试验结果
图８第１５０步（７ ５Ｐａ）时形状
（二）气压在成形过程中的考虑
从自重下的平衡位置出发，分析充气膨胀过程，此时膜的自重为不变量，内压由零逐渐增加。外力矢 量（气压）ｆ垂直作用于膜面表面且随着膜面的位置变化不断改变方向。采用三角形单元将膜而进行细分，
设在ｔ时刻某三角形单元三个节点在直角坐标系中的坐标分别为ｉ（ｘＩ，ｙ，，ｚｉ）；ｊ（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）；ｋ（ｘｋ，ｙｋ，
工业建筑２００７增刊
第七届全国现代结构工程学术研讨会
充气膜结构的受力分析
充气膜结构的受力分析
膜结构车棚采用的充气膜结构技术，其受力分析为解决气枕式充气膜结构在荷载作用下的变形问题，采用非线性有限元方法对气枕式充气膜结构进行形态分析的基本方法。
气忱式充气膜结构的形态分析分为找形分析和找态分析两个阶段，由此可得到满足相应要求的几何模型与应力状态．
假设密封气枕内质量一定的气体满足理想气体状态方程，在荷载作用下，内压随着体积的变化而变化。
给出在一定压力作用下半球状气枕的验证算例并与材料力学中给出的理论解进行比较；基于该方法，另对气枕式充气膜结构在不同外荷载作用下的受力状态进行分析并给出相应的算例，计算结果表明采用理想气体状态方程可以模拟在外部荷载作用下气枕的变形、应力状态以及内压变化情况，且是合理有效并具有较高的准确性。
张拉膜结构的找形采用动力松弛法，对膜结构找形分析时，为了防止节点的聚集以获得更精确的膜曲面，提出了一种新的控制网格变形的找形技术。
膜单元采用平面三角形单元描述，在单元每两节点间引入了与单元边长变化速率成正比的阻尼项，通过阻尼项产生的节点力来控制网格在找形过程中的变形，对悬链面找形时发现，当黏性系数不大于0.7时，动力松弛法收敛，网格节点分布较无阻尼时均匀。
对Scherk-1ike曲面找形时发现，能够控制网格变形且满足收敛性的黏性系数的上限为1.5。
此方法能够有效地解决膜结构找形分析中网格的大变形问题，保证了单元密度，尤其是克服了曲率较小处网格过于稀疏的缺陷。
文章来源：/news_show_1629.html
/employ.asp。
充气膜原理
充气膜原理充气膜建筑也称为“空气支撑结构”——air supported structures，气膜建筑采用特殊的建筑膜材做外壳构成密闭的建筑空间,，配备一套先进的全智能化机电控制系统在气膜建筑内部提供空气的正压，借助内外的气压差保持膜材的张力，形成设计要求的曲面造型并具备一定的结构强度，把建筑主体支撑起来的一种建筑结构系统。
气膜结构通常内外气压差为250Pa，约0.0025个大气压（相当于正常建筑1层与9层的气压差）|河南膜结构，菲奥特（郑州）索膜技术有限公司，|◆安全性：气膜靠内外气压差来支撑整个建筑。
由于材料的柔性和结构固有的有效性和弧形的体形，没有受弯、受扭和受压的构件；在抗风，抗震，温度变形，沉降变形等方面具有其它结构体系无可比拟的优势。
地震和风荷对其的作用极小，并可以有效地吸收风荷与震波加速度。
◆舒适性：气膜建筑系统的内部空间中，所有因素：气压、温度、湿度、新风量、照度等，皆可按需控制，提供舒适宜人的室内环境。
独特照明设计——悬吊式二次反光照明将光源直射到内膜并形成真正的二次反射照明，有效的利用膜材对光的高反射率为建筑内部提供均匀、无晃眼的照明效果搭配使用透光膜(透光率25%)达到日间充分利用自然光的效果整体节约30%的照明费用提供100%的光照效果漫射光照度均匀，无眩光|河南膜结构，菲奥特（郑州）索膜技术有限公司，| 无论是网球篮球还是对照明要求苛刻的羽毛球运动都可完全满足它们对灯光的需要全面满足各项体育比赛的照度要求◆经济性：传统结构建筑，随着跨度的增加，单位面积建造成本会呈几何倍数增加；气膜建筑恰好相反，随着跨度的增大（最大可达220米），单位面积建造费用呈下降趋势。
（超过30米跨度时，气膜建筑的建设成本可以比传统建筑降低50%以上。
）气膜建筑的空调和采暖能耗大大低于传统建筑,气膜建筑空调和采暖所需的能耗仅为传统建筑的10% → 30%。
气膜建筑后期基本不需要维护，为持续性高水准，低成本经营提供保障。
充气膜结构设计与施工技术指南
充气膜结构设计与施工技术指南
充气膜结构设计与施工技术指南是一项非常重要的工程，整个工
程的成功与否，将会影响到最终的效果与使用寿命。
因此，在进行充
气膜结构设计与施工之前，需要有精确的规划和准确的施工方法。
首先，在进行充气膜设计时，需要细致地测量空间尺寸，选择合
适的材料进行制作。
材料选择应考虑充气膜结构短期负载和长期使用
而引起的损坏风险。
同时，还要考虑到环保因素，选用可重复使用的
材料。
其次，充气膜结构设计需要考虑到表面的功能与美观。
充气膜表
面可以选择单色或者彩色，但在选择充气膜表面时，需要确保充气膜
表面的颜色符合相关规定。
在充气膜设计过程中，往往需要细致考虑
空气进出口的位置、大小、数量等等。
在充气膜结构的施工过程中，需要根据设计绘图进行准确的切割
将膜材料加工成合适的形状。
在进行充气膜的焊接时，需要确保焊接
工艺合理，以免出现泄气漏点。
下一步是充气膜的支撑，在支撑的过
程中，需要考虑支撑的摆放位置、数量、稳定性等等。
最后，在施工中，需要考虑细节和安全。
比如，在进行膜材料加
工时，需要特别注意测量精度和操作安全性。
在进行表面颜色喷涂时，还需要考虑涂层质量和均匀性。
在充气膜结构设计与施工技术指南中，以上五个步骤是最为重要
的环节。
作为充气膜材料制造业的从业者，应该清楚地了解这些重要
环节，并在充气膜材料生产的每一个环节中认真贯彻这些环节。
只有
这样，我们才能够制造出质量稳定、安全可靠、外观美观的充气膜材料，并满足客户的各种需求。
充气膜结构体育馆施工工法(2)
充气膜结构体育馆施工工法充气膜结构体育馆施工工法一、前言充气膜结构体育馆施工工法是一种创新的建筑施工技术，通过采用特殊的充气膜材料和工艺，能够快速、高效地搭建出具有良好空间性能和使用功能的体育馆。
本文将详细介绍充气膜结构体育馆施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点充气膜结构体育馆施工工法有以下几个特点：1. 快速高效：通过预制充气膜和支撑结构，可以大大减少施工周期，快速搭建出体育馆。
2. 灵活多样：充气膜结构体育馆可以根据需求进行灵活设计，变化多样的外形和内部空间布局，满足不同场地和功能的要求。
3. 轻质环保：采用轻质材料搭建，对地基要求低，减少土地资源的占用，同时对环境影响较小。
4. 良好的空间性能：充气膜结构能够提供宽敞、无柱、无障碍的空间，为体育活动提供良好的使用体验。
三、适应范围充气膜结构体育馆适用于各种体育场馆、多功能演出场地等需要大空间的场所。
尤其适用于临时性活动场所，如世界大型体育赛事等，可以快速搭建临时体育场馆。
此外，充气膜结构体育馆也可以用于常设体育场馆，提供长期的使用功能。
四、工艺原理充气膜结构体育馆的施工工艺是基于充气膜材料和结构的原理。
充气膜材料具有良好的张力和抗拉性能，能够通过内部充气增加结构稳定性和承载能力。
施工工艺中，首先根据设计要求制作充气膜，并进行预制。
然后，在施工现场搭建支撑结构，并将充气膜安装在支撑结构上。
最后，通过对充气膜进行充气，达到预定的形状。
五、施工工艺1. 地基预处理：根据地基状况，进行地基处理，包括清理、夯实和排水等工作。
2. 支撑结构搭建：根据设计要求，搭建支撑结构，包括框架和承重构件的安装。
3. 充气膜安装：将预制的充气膜进行安装，注意保护膜材料以避免损坏。
4. 充气处理：使用专业设备对充气膜进行充气，控制充气压力和速度，以达到设计要求的形状。
5. 管道和设备安装：根据体育馆功能需求，安装相应的管道和设备，如照明、空调等。