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  • 北京航空航天大學氣膜

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    產品介紹

    工程規模:1760㎡

    建筑面積:1760㎡

    開工時間:2013年2月

    竣工時間:2013年7月

        膜結構是一種建筑與結構結合的結構體系,是采用高強度柔性薄膜材料與輔助結構通過一定方式使其內部產生一定的預張應力,并形成應力控制下的某種空間形狀,作為覆蓋結構或建筑物主體,并具有足夠剛度以抵抗外部荷載作用的一種窄間結構類型。

    膜結構是20世紀中期發展起來的一種新型建筑結構類型,它打破了純直線建筑風格的模式,以其獨有的優美曲面造型,簡潔、明快、剛與柔、力與美的組合,給人耳目一新的感覺,同時給建筑設計師提供了更大的想象和創造空間。膜結構具有強烈的時代感和代表性,是集建筑學、結構力學、精細化工、材料科學、計算機技術等為一體的多學科交叉應用工程,具有很高的技術含量和藝術感染力,其曲面可以隨建筑師的設計需要任意變化。結合整體環境,建造出標志性的形象工程,并且實用性強、應用領域廣泛。既可應用了大型公共設施,如體育場館的屋頂系統、機場大廳、展覽中心、購物中心、停車場、站臺設施等。又可應用于休閑設施、工業設施、入口廊道以及標志性或景觀性的建筑、小品等。  


    優點

    (1)大跨度。膜結構自重輕、抗震性能好,可以不需要內部支承,克服了傳統結構在大跨度(無支撐)建筑上實現所遇到的困難,可創造巨大的無遮擋可視空間,有效增加空間使用面積。

    (2)藝術性。膜結構突破了傳統的建筑結構類型,以造型學、色彩學為依托,可結合自然條件,充分發揮建筑師的想象力,根據創意建造出傳統建筑難以實現的曲線及各種造型,且色彩豐富,富有時代氣息,體現結構構件受力之美。配合燈光易形成夜景,給人以現代美的享受。

    (3)經濟性。膜材料具有一定的透光率,白天可減少照明強度和時間,節約能源;夜間彩燈透射可形成絢爛的景觀。而且,膜結構能夠拆卸,易于搬遷,特別是在建造短期應用的大跨度建筑時,更為經濟。

    (4)安全性。膜材料具有的阻燃性和耐高溫性,能很好地滿足防火要求;膜結構屬柔性結構,能夠承受很大的位移,不易整體倒塌;膜結構自重輕,抗震性能比較好。

    (5)自潔性。膜建筑中采用具有防護涂層的膜材,本身不發黏,落到膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗而達到良好的自潔效果,同時保證建筑的使用壽命。

    (6)工期短。膜片的裁剪、鋼索及鋼結構等的制作均在工廠完成,減少現場施工時間,可與下部鋼筋混凝土結構或構件等同時進行,避免施工交叉,在施工現場只是鋼索、鋼結構及膜片的連接安裝定位及張拉的過程,故現場施工安裝、迅速快捷,相對傳統建筑工程工期較短。

    (7)適用廣。從氣候條件看,膜結構建筑適用的地域廣闊;從規模上看,可以小到單人帳篷、花園小品,大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建筑。甚至有人曾設想覆蓋一個小城,實現人造自然。


    缺點

    (1)一般的膜材使用壽命為15~25年,與傳統的混凝土及鋼材相比有較大的差距,與“百年大計”的設計理念不同。

    (2)隔熱性差。如果強調透光性,只能用單層膜,隔熱性就差,因而冬天冷、夏天熱,需要空調。

    (3)隔音效果較差。單層膜結構只能用于隔音要求不高的建筑。

    (4)抵抗局部荷載能力差。屋面會在局部荷載作用下形成局部凹陷,造成雨水或雪的淤積,使屋蓋在淤積處的荷載增加,可能導致屋蓋撕裂(帳蓬結構)或翻轉(充氣結構)。

    (5)充氣結構還需要不停地送風,因此維護和管理特別重要。另外。氣承式充氣結構必須是密閉的空間,不宜開窗。


    特性

        在膜結構中,薄膜既是結構材料,又是建筑材料。作為結構材料,薄膜必須具有足夠的強度,以承受由于自重、內壓或預應力、風、雪等作用產生的拉力;作為建筑材料,它又必須具有防水、隔熱、透光或阻光等建筑功能。膜材料作為膜結構的靈魂,它的發展與膜結構的技術密切相關、互相促進的。

    膜的材料分為織物膜材和箔片兩類。高強度箔片近幾年才開始應用于結構??椢锸怯衫w維平織或曲織生成的,織物膜材已有較長的應用歷史。結構工程中的箔片都是由氟塑料制造的,它的優點在于有很高的透光性和出色的防老化性。  

        張拉膜結構作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由于此,用膜結構可以創造出傳統建筑體系無法實現的設計方案。

    1、 輕質:張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建筑結構的小得多,但卻具有良好的穩定性。建筑師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件,將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。

    2、 透光性:透光性是現代膜結構最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度,這對于建筑節能十分重要。對于一些要求光照多且亮度高的商業建筑等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用,膜材透光性可為建筑設計提供更大的美學創作空間。夜晚,透光性將膜結構變成了光的雕塑。

        膜材透光性是由它的基層纖維、涂層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間,有的膜材的光譜透射比可以達到40%,而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過涂層的顏色或是面層顏色來調節。

    通過膜材和透光保溫材料的適當組合,可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個百分點,膜屋面對于人眼來說依然是發亮和透光的,具有輕型屋面的觀感。

    3、柔性:張拉膜結構不是剛性的,其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載,在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小,直至能更有效抵抗該荷載。

    張拉結構的靈活性使其可以產生很大的位移而不發生永久性變形。膜材的彈性性能和預應力水平決定了膜結構的變形和反應。適應自然的柔性特點可以激發人們的建筑設計靈感。

    不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韌性極佳,不會因折疊而產生脆裂或是破損,這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。

    4、 雕塑感:張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通過張力達到自平衡。負高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間。無論室內還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。

    張拉膜結構可使建筑師設計出各種張力自平衡、復雜且生動的空間形式。在一天內隨著光線的變化,雕塑般的膜結構通過光與影而呈現出不同的形態。日出和日落時,低入射角度的光線將突現屋頂的曲率和浮雕效果,太陽位于遠地點時,膜結構的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,經過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。

    5、 安全性:按照現有的各國規范和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩定性。

        由于輕型結構自重較輕,即使發生意外坍塌,其危險性也較傳統建筑結構小。膜結構發生撕裂時,若結構布置能保證桅桿、梁等剛性支承構件不發生坍塌,其危險性會更小。

    膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態承載。當然,結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要確何膜面與其輔助結構協調工作,以避免力在膜面或輔助結構上集中而達結構破壞的臨界值。

    分類

    膜結構建筑造型豐富多彩,千變萬化,按照支承方式分為充氣式膜結構、張拉膜結構和骨架支承膜結構。

    1.骨架式膜結構

    以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架,在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高,因屋頂造型比較單純,開口部不易受限制,且經濟效益高等特點,廣泛適用于任何大,小規模的空間。

    2.張拉式膜結構

    以膜材、鋼索及支柱構成,利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創意,創新且美觀的造型外,也是最能展現膜結 構精神的構造形式. 大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高,結構性能強,且具豐 富的表現力,所以造價略高于骨架式膜結構。

    3.充氣式膜結構

    充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊,利用送風系統讓室內氣壓上升到一定壓力后,使屋頂內外產生壓力差,以抵抗外力,因利用氣壓來支 撐,及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐,可得更大的空間,施工快捷,經濟效益高,但需維持進行24小時送風機運轉,在持續運行及機器維護費用的成本上較高。


    目前建筑膜材廣泛認可的標準是的A、B、C三類,是根據其防火性能的優劣來劃分的。

    A類

    A類最好,以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成;

    B類

    B類次之,以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成;

    C類

    C類是三類中最次的,以聚酯(滌綸)織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分,有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、橡膠等。


    膜結構的組成


    分為基礎、鋼結構、膜材結構(索結構)三部分組成。

    基礎:一般都是采用獨立基礎,個別采用樁基(特殊地質或回填地質);

    獨立基礎,用于單柱或高聳構筑物并自成一體的基礎。它的型式按材料性能和受力狀態選定。平面形式一般為圓形或多邊形。但除了自重和豎直活載以外,風荷載是高聳構筑物的主要設計荷載,為了使基礎在各個方向具有大致相同的抗傾覆穩定系數,采用圓形基礎最為合適。由于這類構筑物的重心很高?;A有少量傾斜就會使荷載的偏心距加大,從而導致傾斜的進一步發展。因此這類基礎變形用容許傾斜來控制。當軟土地基上的傾斜超過限值時,經常采用樁基礎。

    樁基礎是一種承載能力高、適用范圍廣、歷史久遠的基礎形式。隨著生產水平的提高和科學技術的發展,樁基的類型、工藝、設計理論、計算方法和應用范圍都有了很大的發展,被廣泛應用于高層建筑、港口、橋梁等工程中。

    樁是將建筑物的全部或部分荷載傳遞給地基土并具有一定剛度和抗彎能力的傳力構件,其橫截面尺寸遠小于其長度。而樁基礎是由埋設在地基中的多根樁(稱為樁群)和把樁群聯合起來共同工作的樁臺(稱為承臺)兩部分組成。

    樁基礎的作用是將荷載傳至地下較深處承載性能好的土層,以滿足承載力和沉降的要求。樁基礎的承載能力高,能承受豎直荷載,也能承受水平荷載,能抵抗上拔荷載也能承受振動荷載,是應用最廣泛的深基礎形式。


    鋼結構:

    鋼材的特點是強度高、自重輕、整體剛度好、抵抗變形能力強,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料勻質性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動力荷載;建筑工期短;其工業化程度高,可進行機械化程度高的專業化生產。

    鋼結構應研究高強度鋼材,大大提高其屈服點強度;此外要軋制新品種的型鋼,例如H型鋼(又稱寬翼緣型鋼)和T形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。

    另外還有無熱橋輕鋼結構體系,建筑本身是不節能的,本技術用巧妙的特種連接件解決了建筑的冷熱橋問題;小桁架結構使電纜和上下水管道從墻里穿越,施工裝修都方便。


    膜材結構:

    膜材結構包括“結構體系和基本定義”、“索的構成、材料及性能”、“膜的材料及性能”、“抗拉錨固”等。包括索和膜結構的類型、定義、材料、連接節點、抗拉錨固體系及構造。


    產品參數

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