充气膜结构简介

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。
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，使室内外保持一定的压力差， 使覆盖膜体受到上浮力，并产生一定的预张应力，以保证体系的刚度。气胀式膜结构是向单个 膜构件内充气，使其保持足够的内压，多个膜构件进行组合可形成一定形状的一个整体受力体 系。
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。
CONTENTS
1 大跨度建筑简介 2 充气结构概述 3 实例分析
随着科技水平的进步与建筑技术的不断发展，现今建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度 能达到150m以上的超大规模建筑已非个别；并且它们结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和 新技术，发展了许多新的空间结构形式。大跨度建筑通常是指跨度在 30 米以上的建筑，主要用 于民用建 筑的影剧院、体育场、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑在工业建筑中 则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房中。 大跨度建筑主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、桁架结构、膜结构、薄壳结构等基本空 间结构。还包括他们的各种组合与演变。正是这种组合与演变,造就了当今大跨度建筑的纷繁多 样的建筑形式以及纷繁的建筑空间。
充气结构
发展
充气结构于20世纪40年代开始应用，可作为体育场、展览厅、仓库、战地医院等。特别适宜于 轻便流动的临时性建筑和半永久性建筑。充气结构具有重量轻、跨度大、构造简单、施工方便、 建筑造型灵活等优点；其缺点是隔热性、防火性较差，且有漏气问题需要持续供气。
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。
广岛巨浪馆
充气结构
结构类型
充气结构主要有气承式和气囊式两种结构形式： ①气承式结构是直接用单层薄膜作为屋面和外墙，将周边锚固在圈梁或地梁上，充气后形成圆 筒状、球状或其他形状的建筑物。室内气压为室外气压的1.001～1.003倍。人和物通过气锁出 入口进出。为减小薄膜拉力、增大结构跨度，气承式结构薄膜上面可设置钢索网。 ②气囊式结构是将空气充入由薄膜制成的气囊，形成柱、梁、拱、板、壳等基本构件，再将这 些构件连接组合而成的建筑物。气囊中的气压为室外气压的2～7倍，故是一种高压体系。
充气结构
源自文库边界条件
充气结构中不论任何形式的造型分类，根据膜面边界条件的受力特性分为无附加支承约束、有 附加支承约束两种情况。无附加支承约束是指充气膜面仅仅依靠内部气压作用而张紧受力，不 需要依靠有附加支承约束来张紧膜面。有附加支承约束又具体分为附加点支承、附加线支承和 复合支承。有附加支承约束是指充气膜面不仅依靠内部气压作用而使膜面张紧受力，而且需要 依靠有附加支承约束来张紧膜面。因而有附加支承约束充气结构可以适用于更大跨度、更大空 间的要求，因而使空间造型更加多样，更加变化。
充气结构
造型分类
在造型设计过程中，为了产生复杂多样的空间造型，必须关注不同造型之间的边界形状即其连 接部分的曲面拟合。造型表面必须满足一些基本条件：封闭，有向，有界和连接。只有封闭表 面才能保证平面立体的拓扑关系成立。而且造型还要满足一定的结构刚性，以满足承受一定外 荷载的要求。
充气结构根据不同的分类依据有多种划分。根据大气层中使用空间的主要结构效用可分为单层 充气结构和双层充气结构。单层膜的空间只有一层薄膜围成，支承介质必须是空气；双层膜的 两层受力薄膜总是向相反方向弯曲，中间可以用其他气体或高压空气，室内无超压，虽然跨度 能力有所限制，但保持了快速折装、便于运输（体积小、质量轻）、可反复使用和抗灾性好， 光环境宜人等特点。同时保温隔热，在建筑形式上灵活多样。
充气结构
造型分类
根据被约束气体压力的大小：可以分为低压充气结构和高压充气结构。它们在内压、结构功能、 支承类型等方面都有所不同。低压充气结构内压为100~1000N/m2，而高压充气结构内压高达 10000~70000 N/m2。通常单气膜是低压的，而双气膜可以是高压，也可是低压。高压体系的 充气结构一般都是由管状构件组成，在一个方向上为弧形曲率，而在另一个方向曲率很小，或 为零。管状构件还可以承受垂直膜面作用外力，如同梁、拱的作用，其在承受较大的外力时只 有通过较高的内压平衡。但是高压体系会发生膜内气体渗透现象。