建筑结构选型18_膜结构

自从上世纪七十年代以来，膜结构在国外已逐渐应 用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大 跨度建筑中。膜结构已成为结构设计选型中的一个主 要方案。
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一、结构特点
➢ 形状多样 ➢ 自重轻 ➢ 抗震性好 ➢ 跨度大 ➢ 充分利用自然光 ➢ 节能 ➢ 自洁性 ➢ 施工快
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3 膜结构具有以下优点：
1、造型的艺术性。 2、良好的自洁性。 3、施工的快捷性。 4、较好的经济性。 5、 结构自重轻，非常适合于建造大跨度
空间结构。
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4 膜材介绍
·膜材料的组成和分类
膜材就是氟塑料表面涂层与织物布基 按照特定的工艺粘合在一起的薄膜材料。 常用的氟素材料涂层有PTFE（聚四氟乙 烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚 氯乙烯）等。织物布基主要用聚酯长丝 （涤纶PES）和玻璃纤维有两种。
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上海八万人体育场 The Shanghai Stadium
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4. 索穹顶 Cable Dome
圣彼特斯堡“雷声穹顶”
Thunder Dome, st. Petersburg, Florida
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索穹顶结构示意图
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建筑结构选型
第18章 膜结构
1 概念
膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的 一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料 (PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通 过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成 某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外
荷载作用的一种空间结构形式. ，是依靠膜材 自身的张拉力和特殊的几何形状而构成的 稳定的承力体系。膜只能承受拉力而不能 受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠互反向 的曲率来保障，因此需制作成凹凸的空间 曲面，故习惯上又称空间膜结构。
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具体地讲，膜材的主要特征如下：
（1）拉伸性能 （2）撕裂强度 （3）正交异向性 （4）蠕变和松弛 （5）非力学性质
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5 施工工序
1.基础及承重钢构工程
2.搭设脚手架
3.现场除锈打磨
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4.钢结构的拼装
5.喷刷面漆
（2）气囊式膜结构Air-Inflated Membrane Structures
2.张拉式膜结构
Tensioned Membrane Structures
3.骨架支承式膜结构
Frame-Supported Membrane Structures
4. “索穹顶” —— 预应力空间索系及薄膜覆盖
“Cable Dome” -Membrane supported on Pre-stressed
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海洋穹顶 Ocean Dome, Japan
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蒙特利尔体育场 Montreal Olympic Stadium
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膜结构(Membrane Structure )
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（5）景观小品类
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（6） 室内张拉膜
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（7） 屋面、舞台、剧场
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（8）充气膜结构
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（9）其他应用实景一览
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膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，它 以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气 压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将 面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空 间的结构体系。
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2 膜结构的分类
根据膜结构按结构受力特性大致可 分为充气式膜结构、张拉式膜结构 （Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜结构（Frame membrane structure，Cable dome membrane structure）、组合式膜结 构（Compound membrane structure） 等几大类。
约能耗。 ➢ 每小时6-16次的通风次数保证室内空气的新鲜。 ➢ 双层膜材设计静止空气空间隔离层, 改善内部的音
响效果。多种颜色选择，利用内部两种颜色内膜 形成色彩对比。
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5）内部净空大、自重小
➢ 内部无梁无柱，最大跨度可达120米，最大高度 可达50米。
➢ 自重轻每平米自重不超过5公斤，相当于轻钢结 构屋面自重的1/45。
100%PVDF （聚偏氟乙烯） 表面涂层而形成 的复合材料。
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·膜材料的性质 ：
膜作为继木材、砖石、金属、混凝土 之后的第五代建筑结构材料，具有显著的 自身特性。第一代木材和第三代钢材拉压 性能均良好，第二代砖石和第四代混凝土 则只具备良好的抗压能力，作为第五代的 膜材料则只能受拉，没有承压和抗弯曲能 力，这是膜的最本质的特征。
spatial cable system.
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膜 材 Membrane Material
对膜材的基本性能要求： Quality Requirement to Membrane Material:
力学性能： Mechanical properties 耐久性： Durability 自洁性： Self-Cleaning Property 透光性： Light-Penetration 防水性： Water-Resistancy 耐火性： Fire-Resistancy 工艺性要求：Technical Properties of Membrane
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二、膜结构应用领域
➢ 文化设施－展览中心、剧场、博物馆等 ➢ 体育设施－体育馆、游泳馆等 ➢ 商业设施－购物中心、酒店、商业街等 ➢ 交通设施－机场、火车站、收费站、码头等 ➢ 工业设施－工厂、温室、物流中心等 ➢ 景观设施－建筑入口、小品、停车场等
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三、膜结构的分类
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广岛巨浪馆 The Big Wave (1989, Hiroshima)
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1970大阪博览会富士集团展馆 The Fuji Exhibition Hall (1970, Osaka)
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长沙世界之窗 A Theater in Changsha,
China
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威海体育场 The Weihai Stadium,
China
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3.骨架支承式膜结构
Frame-Supported Membrane Structures
日本秋田“天穹” “Sky Dome”, Akita Japan
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索穹顶结构示意图
The Sketch of “Cable Dome”
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千 年 穹 顶 Millennium Dome
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结构示意图
Structural Sketch of the Dome
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可开启式膜结构
Retractable Membrane 海洋穹顶 SOtrcueacntuDroeme, Japan
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深圳东部华侨城大侠谷儿童乐园是中国首个气
膜结构室内儿童乐园,项目已于2008年7月底峻工,
该乐园内有旋转木马、青蛙跳和恐龙跳等多项儿童
游乐设施，采用先进的充气膜建筑，充份体现了其
高跨比，大空间无梁柱，自重轻等多种特点。
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朝阳体育馆网球中心
The Sketch o李f广“军Cable Dome”
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亚特兰大体育馆(佐治亚穹顶)
Georgia Dome, Atlanta, Georgia
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亚特兰大体育馆(佐治亚穹顶)
Georgia Dome, Atlanta, Georgia
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★ 体育设施： 体育场、健身中心、游泳馆、网球 馆、 篮球馆等。 ★ 商业设施： 商场、购物中心、大型会展场所、 餐厅、酒店（挑檐）等。 ★ 文化设施： 展览中心、剧院、会议厅、博物馆、 植物园、水族馆、音乐广场等。 ★ 交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、 码头、加油站、天桥连廊等。 ★ 工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、 温室、物流中心等。 ★ 景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小
6.钢构件吊装
7.膜材吊装
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8.压膜边
9.帽口固定
10.工程竣工
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6 与膜结合的结构大致有下述几类:
纯钢拱形结构 混凝土结构主体加钢拱 混凝土主体结构加钢索 混凝土主体结构加钢柱 钢索穹顶
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7 膜 应 用 领 域：
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膜 材 Membrane Material
目前常用的两类膜材： Two Types of Common Used Membrane Material
1.玻璃纤维结构 (Glass Fabric)＋聚四氟乙烯(PTFE) 涂层 永久性膜材
2.聚酯纤维结构 (Polyester Fabric) ＋聚氯乙烯(PVC) 涂层 ＋聚偏氟乙烯 (PVDF) 面层 半永久性膜材
张拉膜
框架膜
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整体张拉膜和索系 支承式：膜结构的代表 与精华。
全名为骨架支撑式
膜结构。由钢结构为承
重骨架，在骨架上按设
计要求张紧膜材。
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气膜
全名气膜建筑结构，又称谓充气膜结构。空间密
闭，配置智能和机电控制系统，靠内外气压差保持纤
维膜的张力形成设计要求的曲面，形成建筑物主体。
风、抗震、温度变形、沉降变形等表现优异，并有
效地吸收风荷与震波加速度。
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2）保温隔热 在外膜和内衬之间填充玻璃纤维保温棉，防寒隔
热，空调暖气能耗仅为传统建筑的1/10-1/4，总体节 能75%以上，使建筑能耗降低，改善建筑内部隔音 效果，提供舒适的恒温恒湿的环境。
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膜结构(Membrane Structure )
张拉膜结构
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膜结构
Membrane structures
1.充气膜结构 Pneumatic Structures
（1）气承式膜结构Air-Supported Membrane Structures
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膜结构建筑中最常用的
膜材料有PTFE（聚四氟乙 烯）膜材料和PVDF（聚偏 氟乙烯）膜材料两种 。
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PTFE膜材料是指在极细的玻璃纤维 编织成的基布上涂覆PTFE（聚四氟乙烯）
而形成的复合材料。
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PVDF膜材 料是指在聚脂纤 维编织的基布上 涂覆PVC（聚 氯乙烯）后再加
室内无需任何框架或支撑，可轻松长达120米的建筑跨
度。
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四、气膜建筑的优势特点
1）安全智能
➢气膜建筑系统可达到抵御150英里/小时的飓风和50
磅/平方英尺的积雪。
➢最小设计风速为80英里/小时(36米/秒)设计，可有效
抵御飓风，保证建筑的安全性。
➢柔性的材料，没有受弯、受扭和受压的构件，在抗
品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、 游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。
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·膜结构应用实景
（1）收费站天棚类
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（2）运动场馆体育看台类
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（3） 停车棚类
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（4）建筑入口类
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3）经济适用 ➢ 现场施工时间不超过一周，是最节省现场施工管
理的建筑形式。 ➢ 保证30年的正常运营。 ➢ 可迁移，并可在异地多次重复安装充气重复利用。 ➢ 还可以在原有长度的基础上加长。
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4）舒适性高 ➢ 微风送风系统，室内超静气流，恒温恒湿。 ➢ 室内自然采光，漫射光照度均匀，效果优良且节