充气膜结构的受力分析
充气膜结构简介
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。
实例分析
5.国家游泳中心（水立方）
体积：177m ×177m ×30m
水立方首次采用的ETFE（聚氟乙烯）膜材料，透 光性好同时具有一定的防火性能。它是根据细胞 排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的，这种形 态在建筑结构中从来没有出现过，创意十分奇特， 它的膜结构是世界之最。
实例分析
6.1970年大阪世博会美国馆
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
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。
充气膜结构全过程分析和造型技术研究
3、后期维护
3、后期维护
后期维护阶段主要包括日常检查、定期检修和应急处理等工作。日常检查包 括对充气膜结构的外观、气压、连接件等进行检查，及时发现并解决问题；定期 检修包括对充气膜结构的膜材、设备、附件等进行检查和维修，确保结构的正常 使用；应急处理包括应对突发的自然灾害、人为破坏等情况，确保充气膜结构的 完整性和安全性。
充气膜结构概述
充气膜结构概述
充气膜结构是一种由薄膜材料和气体压力共同作用形成的结构形式。与传统 的刚性结构不同，充气膜结构通过充入空气或其他气体，使膜材受压产生张力， 从而形成具有一定刚度和稳定性的空间结构。这种结构具有自重轻、跨度大、施 工速度快、成本低廉等优点，被广泛应用于临时建筑、体育场馆、环保设施等领 域。
结论
在未来的研究和应用中，可以进一步探索充气膜结构的优化设计和新型造型 技术，以满足更多的功能需求和审美需求，推动充气膜结构的发展和应用。
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2、设计原则
2、设计原则
（1）功能性原则：充气膜结构的设计应首先考虑其功能需求，包括承受载荷、 满足空间需求等。同时，还需考虑结构的安全性、可靠性和耐整体美观性和与周围环境的 协调性，通过形态、色彩和肌理等手段创造具有吸引力和独特性的视觉效果。
充气膜结构全过程分析和造型 技术研究
01 引言
03 全过程分析 05 结论
目录
02 充气膜结构概述 04 造型技术
引言
引言
充气膜结构是一种以气体为支撑，利用膜材的张力形成具有一定刚度和稳定 性的空间结构。由于其具有自重轻、跨度大、施工速度快、成本低廉等优点，充 气膜结构在许多领域都得到了广泛应用。本次演示将重点充气膜结构的全过程分 析和造型技术研究。
2、设计原则
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。
充气结构材料的性能与应用
充气结构材料的性能与应用随着科技的不断进步，人类对于轻量化建筑结构的需求越来越高。
而充气结构材料就是一种非常适合轻量化建筑的材料。
本文将从材料性能和应用角度探讨充气结构材料的独特之处。
一、材料性能1. 轻量化相比于传统的建筑材料，充气结构材料的最大特点就是轻量化。
因为它是在一个充气的膜内建造的，所以整个结构重量非常轻。
这也使得充气结构材料在建筑、广告以及旅游等领域得到了越来越广泛的应用。
2. 弹性、抗压性强充气结构材料不但具有很好的弹性，而且具有出众的抗压性能。
这使得它能很好地承受外界压力，不会生成损伤和变形。
因此，它不仅可以用于建筑和广告上，还能广泛应用在军事、医疗等领域。
3. 维护简单充气结构材料的维护非常简单，本身具有防水、防潮、防沙尘等特点，所以不需要太多的维护工作。
只需要定期清洗、检查一下是否有磨损、划痕即可。
维护简单不仅可以减少工作量，还能降低维修成本。
4. 耐用性与传统材料相比，充气结构材料可以再开放空间环境中长期使用。
它不容易变形，耐久性强，因此非常适合户外使用。
此外，它还可以抵御紫外线、温度差异、化学腐蚀等因素带来的损害和变形。
二、应用1. 建筑领域在建筑领域，充气材料被广泛应用于场馆、展馆、展览馆、军事基地等建筑的建造中。
因为它不仅有很好的防火性、抗震性，而且运用起来很方便，不需要太多的施工时间和人力。
此外，充气结构材料的轻量化特点也使得它可以轻松地搬运和安装。
2. 广告行业在广告行业，充气结构材料也非常流行。
充气气球、充气拱门、充气广告牌等最具代表性的应用形式。
因为它们可以轻松地吸引人们的注意力，使广告更容易被消费者注意到和接受。
3. 旅游行业在旅游业中，充气结构材料的运用也日益增多。
充气帐篷、充气游戏设备、充气弹力床等，这些设施的主要特点就是安全、易于搬运和方便使用。
它们不但可以丰富游客的休闲娱乐，而且也可以提高旅游景区的环境质量和人流量。
总之，充气结构材料是一种轻量化、方便、易于运用、维护简单且性能稳定的材料。
拱形充气结构承载特性分析
ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＦＬＵＥ ＮＴ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈ ｅ ｈａｎ ｇａｒ ｗａｓ ｍｏｓｔ ｅａｓｉｌｙ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄｗａｒｄ ａｎｇｌｅ ｗａｓ ６０。，ｉｍｐｏｒｔ ｔｈｅ
ｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕ ｒｅｉｎｔｏＡＢＡＱＵＳａｎａｌｙｚｅｒ。Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｈａｎ ｇａｒｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｕｎｄｅｒｔｈｅｗｉｎｄｏｆｌｅｖｅｌｔｅｎ．
建筑与结构设计 ｌ
Ａｒｃｈｌｔｅｃｔｕｒａｌ ｍｄ ｎ １ｗ
Ｂｅａｒｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｃｈｅｄ Ｉｎｆｌａｔａｂｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
王 中成 ，马 云鹏
（北京航空航天 大学航空科学与工程学 院，北京 １００１９１）
随着膜结构的 发展 ，欧 美等军事 强国已将充气结构技术
气结构具 有成型时间短 ，建设成本低 、结构质 量轻 等优势［２１，近 广泛应用于军事领域 ，充气机库 的出现为飞机提供了机动保
年来逐步受到世界各国的普遍关注。
障 ，降 低了飞机 维修 的成本 。充气机库对风载作用十分敏 感 ，
本文首先对 大跨 度气肋式拱形结构组成的模块进 行雪载 对充气机库的风载特 分析具有实际的工程意义［３１。 试验 ，得到 该结构在不 同内压下的承载极限。然后对模型的不 ２．１ ＯＦＤ仿真计算
Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ—ｃｈｅｎｇ，ＭＡ Ｙｕｎ－ｐｅｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵｉｎｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ）
压差和重力对充气膜结构变形的影响
３ １
圈
沈 克利 ， 陈永 霖 ， 徐
（ 上海交通 大学空间结构研 究中心。 上海
Ｄ Ｏ Ｉ ￣ １ ０ ． １ ３ ９ ０ ５ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｄ ｗ ｊ ｚ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ５ ． ０ １ ２
文
２ ０ ０ ２ ４ ０ ）
【 文献标识码】 Ａ
【 文章编号】 １ ０ ０ １ — ６ ８ ６ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ ０ ３ １ — ０ ４
Ｉ ＮＦＬＵＥＮＣＩ ＮＧ ｏＦ Ｐ ＲＥ Ｓ Ｓ ＵＲＥ ＡＮＤ ＧＲＡＶＩ ＴＹ ｏＦ ＴＨＥ ＤＥＦｏＲ Ｉ ＡＴＩ ｏＮ ｏＦ
ｔ ｈｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｔ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ，ｂ ｕ ｔ ｉ ｔ ｗａ ｓ ｎｏ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ． Ｍｅ ａ ｎ ｗｈ ｉ ｌ ｅ，
压 差 和 重 力 对 充气 膜 结 构 变 形 的影 响
【 摘
要】 为研究压差和重力荷 载变化下 充气膜结构 变形 的状 态与 特征 ， 用数值 方法 对飞艇 充气囊体 这一
典 型的充气膜结 构在 不同压差和重力下 的变形进行 了数 值分析 。分析结 果表 明 ： 囊 体最 大截面变形 随压 差的增 大而线性增大 ， 囊体长度随压差增大呈非线性减小 ； 重力 荷载作 用使囊 体 向 ｙ向移动 ， 对 ｚ向位移分 布无 明显影
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｏ ｅ ｘ ｐ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｐ ｎ ｅ ｕｍａ ｔ ｉ ｃ ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｃ ｎ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ — ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ，ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｋ ｉ ｎｄ ｏ ｆ ａ ｉ ｒ ｓ ｈ ｉ ｐ ｅ ｎ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ，
基于风压系数简化模型的圆柱形充气膜结构有限元分析
基于风压系数简化模型的圆柱形充气膜结构有限元分析*摘要：为分析风荷载作用下圆柱形充气膜结构的受力性能，对风入射角、膜内外压之比、矢跨比等主要影响因素进行有限元分析。
基于水平、竖向合力等效的原则，对该类充气膜结构风压系数试验资料进行分析，提出了几种常见情形下风压系数分布简化模型；利用该分布模型，通过模拟试验分析了上述因素对某工程结构控制位置处的位移和应力的影响。
结果表明：借助风压系数简化模型的有限元分析结果与试验结果吻合较好；极限入射方向角为60°时，对气膜结构产生的位移、应力最大；内外压之比越小，风压作用越明显；充气膜结构越柔，对其产生的位移、应力越大；矢跨比越大，气膜结构上的最大位移和最大应力越大，同时最小应力也越小，导致结构越容易因局部膜材出现皱褶而发生失稳破坏。
关键词：矢跨比；入射角；内外压之比；风压系数；最大位移值1 概述充气膜结构作为较早出现的一种薄膜结构形式，是在高分子复合膜材形成的密闭空间中注入空气并保持一定的室内外压差，使膜面受拉以保证刚度，同时维持形态并抵抗外部荷载的结构形式。
风荷载作用下，膜表面风压力分布是不断变化的，要想准确的计算出结构各点处的风压情况非常困难。
目前，基本上都是采用缩小比例的刚性或柔性模型风洞试验测量风压分布数据，但试验费用相对比较高，而且耗时。
针对目前使用较多、形状相对比较简单的圆柱形充气膜结构，文献[1-5]中提出了相应的理论数值求解方法，但是计算公式非常繁琐，不便于工程应用。
加拿大N.Turkkan和N.K.Srivastava对圆柱形和半球形的充气膜结构在风载作用下的风压分布进行了大量的试验研究[6-7]。
根据其风荷载作用下气膜的风压分布试验结果，基于水平合力、竖向合力等效的原则，本文提出了几种常见情形下风压系数Cp分布简化模型；利用该分布模型，通过模拟试验分析了风入射角α、膜内外压之比Pi/q、矢跨比H/B等主要因素对某工程结构控制位置处的位移和应力的影响。
大跨度充气膜结构的应用和施工技术
摘要：大跨度空间结构是我国目前发展最快和工业领域应用最广泛的结构类型。
随着社会经济的发展，大跨度膜结构的作用会更加广泛，但膜结构在施工过程中以及建成后的使用和维护，任何的错误或者不严谨都可能会影响到膜结构的正常运行。
因此，我们还需进一步加强对其的研究和施工技术的不足，从而推动大跨度膜结构在我国的健康发展。
关键词:大跨度；膜结构；应用；技术一、充气膜结构的定义与发展充气膜结构是一种新型建筑结构，是轻型空间结构的一个重要分支，有单层、双层、气肋式三种，具有丰富多彩的造型，建筑特性、结构特性和适宜的经济性。
因此，充气膜结构的诞生，就迅速在世界各地发展起来。
充气膜结构是一个相对密闭的空间结构，与传统空间结构不一样的是，它是通过风机向结构整体内部送风，使膜内外形成一定的压力差，以保证膜结构整体的刚度，达到所设计的形状。
之后，由压力控制系统使结构维持一定的内外压差，保证结构的稳定性。
充气膜结构建筑主要应用于体育场馆、大型娱乐休闲设施、展览会馆、物流仓储及环保工业等大跨度建筑结构，其技术广泛应用在比较发达的国家，主要集中在美国、加拿大、日本及欧洲的部分国家。
我国对气膜结构的研究始于上世纪90年代初，当时与世界水平相比，无论是设计理念还是施工技术都存在一定的差距。
充气膜结构不同于其他膜结构，其形状虽然没有张拉膜丰富多样，但要求空间密闭，通过室内外压差保持结构的稳定性和安全性，并符合国内外规范要求和承受风雪荷载。
它是集结构力学、机电系统、计算机控制系统于一体的较高技术水平的系统化结构形式。
充气膜结构突出的优势是智能化管理系统，管理人员可以通过手机APP来实时检测气膜的状况，同时系统也会实时对气膜的状况发送至手机，这样的管理系统让气膜更智能化。
有效的提升建筑的安全稳定性以及使用寿命。
充气膜结构作为一种新型的空间建筑，具有传统建筑无法比拟的优势。
特别对于需要大面积大空间的作业厂区，它比任何建筑更具有优势，因此它可广泛应用在需要大跨度作业空间。
建筑充气膜结构使用原理
建筑充气膜结构使用原理最近在研究建筑充气膜结构，发现了一些有趣的原理，今天来和大家好好聊聊。
你看啊，我们小时候都玩过气球对不对？当我们往气球里吹气的时候，气球就会鼓起来，变得圆滚滚的。
其实建筑充气膜结构就有点像一个超级大的气球。
充气膜结构呢，主要是靠气压来撑起整个建筑的外形。
它有一个专门的充气系统，就像给气球吹气的我们一样，不断地往膜结构里输送空气，让里面的气压比外面的气压高一些。
打个比方吧，就好像是我们给一个橡皮袋子装满了气。
膜材料就像是这个橡皮袋子的外皮，而里面的空气就是让它鼓起来的力量。
但是这个“橡皮袋子”可不简单呢。
它的膜材料是特制的，具有很好的密封性、强度和耐久性。
不然的话，就像我们吹爆的气球一样，容易坏掉。
有意思的是，这种结构在实际应用中有很大的优势。
比如说在一些临时性的建筑里，像展览馆或者是大型活动的场馆。
就拿一个露天冰雪节的临时大场馆举例吧。
用充气膜结构既可以快速搭建起来，又不需要太多的支撑结构，还能在寒冷的天气里保持内部的温暖，就像给保暖瓶加了个超级大盖子一样。
为什么这么说呢？因为空气是有隔热性的，而且膜材料也有一定的保温作用，这双层的保障就可以让场馆内保持相对舒适的温度。
说到这里，你可能会问，那如果不小心漏气了怎么办呢？老实说，我一开始也不明白，后来查阅了一些资料才知道，它的充气系统通常是有监测设备的，就像医生给病人做检测一样，一旦发现里面的气压下降，就会发出警报并且进行补充空气。
不过呢，充气膜结构也不是完美的。
因为它内外气压差的存在，如果在大风天气里，相比传统建筑受到的影响可能会多一些。
这就像大风吹一个鼓起来的气球比吹一块砖头容易是一个道理。
这里面其实涉及到风荷载等理论知识，简单说就是外力对这个充气结构的压力问题。
我在学习的过程中慢慢理解到，建筑充气膜结构就是巧妙地利用了气压原理、特殊材料的性能，在现代建筑里开辟了一条新的道路。
但是关于它还有很多东西可以深入研究，比如如何进一步提高它的抗风性能，在极端天气下如何更好地保证结构的稳定性之类的。
充气式张弦穹顶结构静力性能与稳定性分析
充气式张弦穹顶结构静力性能与稳定性分析摘要：充气式张弦穹顶结构属于全新结构模式，其在实际应用中呈现出某些受力分明、结构简单、外形美观、刚柔并济的优点，而且制作、施工也方便快捷，有着巨大的发展潜力。
本文将简述充气式张弦穹顶结构发展现状，探究充气式张弦穹顶结构模型构建，分析不同类型充气式张弦穹顶结构的静力性能与稳定性，以期为充气式张弦穹顶结构的应用发展提供一定参考。
关键词：充气式张弦穹顶结构；静力性能；稳定性引言：充气式张弦穹顶结构与传统张拉式膜结构类似，以充气膜作为主体结构，结合Tensairity结构概念，通过对气囊充气来对整个结构施加预应力，以此提高上弦构件在荷载作用下的稳定性。
1充气式张弦穹顶结构发展现状充气式张弦穹顶结构是从传统充气膜结构发展而来，而充气膜这种结构原本属于某种空间跨度较大、质量轻盈的结构系统，世界上存在各种充气膜建筑结构，并且随着新型膜材材料的发展，各种各样的充气膜结构体系开始被运用，其中以德国安联体育场以及北京的水立方作为国家游泳中心十分出名，安联体育场中的外墙以及罩棚分别设置了由惰性气体填充的气枕，对应膜材主要是以透明材质为主，而该种枕膜在晚上能够散发出彩色灯光。
至于水立方主要包括不同形状钢架单元工程，同时在种种钢架单元内设置了多样形状的气枕充当填充材料，对应气枕主要选择ETFE透明膜材制成，能够进一步突出气枕膜的结构特性。
近年来充气式膜结构体系在多个工程项目中成功运用，充气模式为主的张弦穹顶体系结构随着时代的发展受到了人们的广发关注，瑞士的蒙特利克斯对应车站汽车库内也是世界上首个应用张弦结构建设的产物，推动了充气式张弦结构在多种建筑工程方面的研究和运用，充气式张弦穹顶结构作为一种新型结构体系，其在实际发展过程中，拥有十分广阔的发展前景，针对张弦穹顶结构实施深入研究，系统掌握该种充气式结构的稳定性和静力性能，可以帮助张弦穹顶结构实现进一步发展2充气式张弦穹顶结构模型构建2.1数值分析充气模式为主的张弦结构在进行建模过程中，需要重点考虑其中的刚性构件承载力，因其需要共同承担弯矩以及轴力两种作用，通过系统考虑分析后决定选择具有较高剪应力的B31铁木辛克梁，将其当成刚性模拟构件，选择T3D2模拟中部柔性索选以及上下弦索。
膜结构(3)-结构体系
日本熊本市公园穹顶
Park Dome Kumamoto, 1997 z 混合充气膜结构形式。 z 膜结构直径107m，中心 部分设置高 14m的圆锥 形钢结构中心环。
z 中心环与周围的环状桁架 之间由上下各48根钢索连接 并覆盖以膜材。
★ 混合充气索膜结构
由于膜有索的附加支承，即使膜漏气，也不会有结构 物坠落，从而形成安全度极高的穹顶结构。
Geiger 体系 Levy 体系
Olympic Gymnastics Arena & Fencing Arena, Seoul, 1986
体操馆，D=120m
汉城奥运会体操馆和击剑馆
击剑馆，D=93m
索穹顶结构的施工张拉过程
1-安装拉环、竖杆和环索 2-张拉最外圈斜索 3、4-张拉第二、三圈斜索 5-张拉完毕 索穹顶结构的施工过程就 是结构的成形过程，同时也是 结构各杆件建立预应力的过 程。当索穹顶结构中的杆件被 提升至各自的设计位置后，杆 件中的预应力即达到设计值。
Cable Dome
Mast-Supported "Domes"
Buckminster Fuller & Tensegrity
富勒 (1895—1983)
2000多项发明专利，25本著作。
设计科学 (Design Science)
人类的发展需求与全球的资源、 发展中的科技水平结合在一起，用最 高效的手段解决最多的问题。
佐治亚穹顶
Georgia Dome, Atlanta, Georgia, 1992
z 椭圆形平面，是世界上
240m×192m
最大的索膜结构。 z PTFE膜材覆面，屋盖 用钢量仅30kg/m2。
充气膜面试题目(3篇)
第1篇一、基础知识与理解1. 充气膜结构的基本概念- 请简述充气膜结构的基本概念，并解释其与传统建筑结构的区别。
2. 充气膜结构的组成- 请列举充气膜结构的主要组成部分，并简要说明各部分的功能。
3. 充气膜结构的优势- 分析充气膜结构相较于传统建筑结构的优势，包括但不限于成本、施工周期、环境适应性等方面。
4. 充气膜结构的分类- 请介绍充气膜结构的分类方法，并举例说明不同类型的充气膜结构。
5. 充气膜结构的结构设计原则- 请阐述充气膜结构设计时需要遵循的原则，包括结构安全、功能需求、美观性等。
二、设计与分析6. 充气膜结构的力学性能分析- 请解释充气膜结构在受力时的力学性能，并说明如何通过设计来优化其力学性能。
7. 充气膜结构的稳定性分析- 分析充气膜结构的稳定性，探讨影响其稳定性的因素，并提出相应的解决方案。
8. 充气膜结构的保温隔热设计- 请介绍充气膜结构的保温隔热设计方法，并说明如何提高其保温隔热性能。
9. 充气膜结构的照明设计- 分析充气膜结构在照明设计方面的特殊需求，并提出相应的解决方案。
10. 充气膜结构的防水设计- 请解释充气膜结构的防水设计原则，并说明如何确保其防水性能。
三、施工与安装11. 充气膜结构的施工流程- 请简述充气膜结构的施工流程，包括现场准备、材料运输、安装调试等环节。
12. 充气膜结构的安装技术- 介绍充气膜结构的安装技术，包括固定方式、连接方式等。
13. 充气膜结构的施工质量控制- 分析充气膜结构施工过程中的质量控制要点，并提出相应的质量控制措施。
14. 充气膜结构的施工安全- 请讨论充气膜结构施工过程中的安全问题，并提出相应的安全措施。
四、应用与案例15. 充气膜结构的典型应用- 列举充气膜结构的典型应用领域，如体育场馆、展览馆、温室等。
16. 国内外充气膜结构的成功案例- 介绍国内外具有代表性的充气膜结构案例，分析其设计特点和成功经验。
17. 充气膜结构在可持续发展中的应用- 探讨充气膜结构在可持续发展中的应用，包括节能、环保、生态等方面。
【第1007期】什么是充气膜结构？
【第1007期】什么是充气膜结构？本篇文章关于充气膜结构将从以下6个方面进行展开：1、定义及膜材料种类2、拉索的种类及其构成3、充气膜结构的分类及特点4、充气膜结构与膜结构的区别5、充气膜结构的优势与劣势6、充气膜结构案例一、定义、膜材料种类什么是充气膜结构？充气膜结构是轻型空间结构的一个重要分支。
通过空气的压力差使柔软的膜结构体系达到所需的刚度，以维持设计所需的形状，甚至实现大跨度。
膜材的种类膜材是充气膜结构的主要材料，起到密封以及承载的作用，决定了充气膜结构的使用以及安全性能。
膜材料的种类繁多：① 织物类膜材② 热塑聚合物类膜材③ 其他膜材如将柔性太阳能电池与膜材进行复合形成可发电的膜材超柔软可反复折叠的膨体聚四氟乙烯纤维膜料具有透光透气性能的各类网格膜材等二、拉索的种类及其构成拉索由索体与锚具组成，气承式膜结构中索体，常采用钢丝绳、钢绞线和非金属索体等。
三、充气膜结构的分类及特点适用建筑类型1、气承式膜结构常见于工业领域。
2、气胀式膜结构（气肋式、气枕式、气囊式）适于应用在公共建筑中。
1、气承式膜结构特点气承式膜结构是唯一使用了空气作为支撑系统。
①良好的经济性：造价低廉节省支撑系统、和对地基基础处理的费用,其造价通常只有常规结构的50%左右（仅供参考，具体价格还需根据实际情况同厂家确认）。
②满足大跨度、大空间需求、安全性高气承式膜结构具有优良的跨越能力，由于无需内部支撑，可创造出无遮挡的大跨度空间。
而且气承式膜结构自重很轻（每平米自重约3公斤）。
③建设周期短，可整体拆装移动气承式膜结构的加工制作均可在工厂内完成，在现场只需要进行安装作业。
一般从设计、设备采购到加工制作，只需2~3个月即可完成，可以为举办大型活动和临时用展览馆，提供快捷、方便的大跨度建筑空间。
④节能环保，适用性强节能效果主要是基于该类建筑的气密性、保温性和透光性。
膜材料本身可以回收利用，在建造和拆除过程中，几乎没有建筑垃圾和环境污染，具有很好的环保效果。
某充气膜结构承载能力分析及评估
某充气膜结构承载能力分析及评估
张红燕
【期刊名称】《福建建设科技》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】以某实际工程为例,介绍了某充气膜结构的检查要点和承载能力评估方法。
现场对充气膜结构的控制点位、充气系统、膜面性能、金属构件及连接节点等进行检查,并采用有限元软件3D3S对该充气膜进行建模计算,结果表明:该充气膜结构承载能力能满足规范要求,但是索与钢筋混凝土支承构件的连接构造不满足规范要求,
应进行处理。
本案例可为其它类似工程提供参考。
【总页数】3页(P45-47)
【作者】张红燕
【作者单位】福建省建筑科学研究院有限责任公司、福建省绿色建筑技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
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充气膜结构设计中应注意问题
充气膜结构设计中的若干问题一、一般因素1、气承式充气膜结构内部压力要略高于外部大气压，以压差为25mm水柱为例，它与25kg/㎡的外力相当。
空气的比重约为1/800，所以25mm的水柱（0.025*800=20m）的空气柱压力想当，即只相当于7层楼高度与地面的气压差。
有也就是说此压力差对人体不会造成损害，也不会引起不适的感觉。
与一般的壳体结构相类似，在压力一定的情况下曲率半径大的地方应力大，半径小的地方（膨胀的形状）应力小。
2、空气膜结构是指利用送风形成的内压使膜而产生张力，同时使结构保持空间上的稳定性及结构整体性，并且采用膜材料建造的建筑物。
3、空气膜结构的基本构成包括膜结构体系，送风系统，控制空气流通的出入口和紧急出口及适当的锚固系统。
另外在有必要的情况下，需要设置膜面补强系统，窗，换气装置，保温隔热材料，冷暖空调和照明系统。
4、空气膜结构的用途，规模，使用时间，建设场所等，在结构上都属于必须保证安全的范畴，另外必须制定安全措施确保膜结构内部所容纳的人员的安全，迅速并且非常便利地撤离危险场所。
5、为了使膜结构能够安全有效的使用，并且在使用期间确保安全，设计者必须编写管理办法的指导资料。
结构物的管理者根据此指导资料进行。
二、结构方案1、建设场地的地基条件，环境条件、荷载条件等以及公众安全方面的调查都必须进行，并作出与此相适应的方案。
2、结构形态应该是由内压形成的稳定的曲面，在荷载和外力的作用下，变形及应力集中很小，另外应该在设计的内压下因风而发生的有害震动不易产生。
3、结构的形态还满足在设计内压下，不易产生积雪，融化的雪水、雨水的淤积问题。
4、膜材料以及膜的连接部位，必须具有足够的强度和刚度，在长时间的使用下显示稳定的性能。
在必要的情况下对膜材料进行防火处理。
5、索材料，连接使用金属部件，锚固基础等必须有足够的强度刚度及耐久性。
6、内压必须根据荷载情况采用并保持必要的内压值。
在通常情况的内压，在比较频繁发生的荷载作用下，必须能够维持建筑物的完美形状与功能。
你所不知道的充气膜的“秘密
充气膜结构是以高分子材料制成的薄膜制品，充入空气后而形成类似房屋的结构。
近年来充气膜在渐渐地发展起来，应用于游泳馆、体育场等各种建筑中，充气膜结构也有单层、双层、气肋式三种形式，一般需要长期不间断地能源供应。
充气膜结构建筑并不是一个需要一直充气的结构形式，所以它的耗电量极少，属于节能环保型建筑……（充气膜-图例）【充气膜特点】充气膜结构具有以下的特点：1.独特的无梁柱设计：由于是气压承载，气承膜结构内并无梁柱。
空间高跨比为1/4～1/2。
2.力学性能：中等强度的PVC膜，其厚度仅1.0mm，但它的拉伸强度相当于钢材的一半。
膜材的弹性膜量较低，这有利于膜材形成复杂的曲面造型。
3.光学性能：膜材料可滤除大部分紫外线，防止内部物品褪色。
其对自然光的透射率可达10，透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性。
夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜结构表面发出自然柔和的光辉，令人陶醉。
4.声学性能：一般膜结构对于低于60hz的低频几乎是“透明”的。
5.防火性能：如今广泛使用的膜材料能很好地满足对于防火的需求，具有阻燃和耐高温性能，达到中国、法国、德国、美国、日本等多国标准。
6.保温节能：气承膜结构外围护是单一材料，不分外墙和屋面，没有冷桥。
外围护可采用单层膜、双层膜以及内部加挂保温层等等。
根据不同用途可灵活设计。
利用气承膜结构的高反射率、轻质保温材料以及全密封结构，气承膜结构比普通建筑节能70以上。
7.自洁性能：经过特殊表面处理的pvc膜材具有很好的自洁性能，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。
【充气膜需不需要一直充气】充气膜需要一直充气吗？充气膜是一种以空气为支撑的无梁无柱的新型建筑，虽说是以空气为支撑，但并不需要一直充气。
原理如下：充气膜结构内部利用风机充气，提供向外的气压，而外界环境对充气膜有一个向内的气压，当充气膜充起来形成一个饱满的曲面结构时，膜内外气压保持在一个恒定值。
充气膜是什么原理？
近年来，为解决运动场所与运动需求的严重不成比例问题，充气膜被大力推广于体育运动领域，是时下最时尚的体育运动场所。
关于充气膜人们有很多疑问，尤其是充气膜原理。
下面靓晟泰小编详细为大家介绍一下充气膜的原因。
充气膜以空气为支撑，利用风机向充气膜内部提供正压，与充气膜外部形成压力差，一般为250Pa，以维持充气膜结构形态。
这类似气球，通过向里面加压，保持气球吹起来的形态，但有些不同的是，充气膜结构进过专业受力裁剪分析，且充气膜结构内置智能控制系统可保持膜结构内外气压恒定，不会出现撕裂、破损问题。
同时充气膜还可抵御风雪影响。
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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。