建筑膜结构土木工程ppt课件.ppt

1建筑膜结构建筑膜结构制作：Susan ye硬件支持：;.21.1.膜结构的定义膜结构的定义 膜结构也称为织物结构，是世纪中叶发展起来的一种新型空间结构形式，它以性能优良柔膜结构也称为织物结构，是世纪中叶发展起来的一种新型空间结构形式，它以性能优良柔软织物为材料，由膜内空气压力支撑膜面，或利用柔性钢索或刚性支撑结构使膜面产生一定的预软织物为材料，由膜内空气压力支撑膜面，或利用柔性钢索或刚性支撑结构使膜面产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系 膜结构的起源可追溯至远古时代人们利用牛皮或布等制作的帐篷结构但是长期以来由于膜结构的起源可追溯至远古时代人们利用牛皮或布等制作的帐篷结构但是长期以来由于技术原因，这种结构发展并不快技术原因，这种结构发展并不快19701970年日本大阪世界博览会，由美国工程师盖格尔年日本大阪世界博览会，由美国工程师盖格尔 (David (David Geiger) Geiger) 设计的美国馆，其屋顶采用空气支撑膜结构，平面尺寸达到设计的美国馆，其屋顶采用空气支撑膜结构，平面尺寸达到83.5 m83.5 m××142 m142 m，采用以聚，采用以聚氯乙烯氯乙烯(PVC)(PVC)涂层的玻璃纤维织物建造。

通常被认为是第一个现代意义上的大跨度膜结构涂层的玻璃纤维织物建造通常被认为是第一个现代意义上的大跨度膜结构 虽然现代膜结构出现仅有几十年时间，但发展迅速既可应用于大型大跨度的公共建筑，虽然现代膜结构出现仅有几十年时间，但发展迅速既可应用于大型大跨度的公共建筑，如体育场馆、机场大厅、展览中心、购物中心，也适用于规模较小而造型各异的休闲景观设施、如体育场馆、机场大厅、展览中心、购物中心，也适用于规模较小而造型各异的休闲景观设施、建筑小品等建筑小品等;.32.2.膜结构的特点膜结构的特点与传统结构相比，膜结构有以下几个特点：与传统结构相比，膜结构有以下几个特点：1 1））自重轻、跨度大、抗震性能好自重轻、跨度大、抗震性能好自重轻、跨度大、抗震性能好自重轻、跨度大、抗震性能好薄膜结构与传统结构相比自重有数量级的差别约为后者的可以薄膜结构与传统结构相比自重有数量级的差别约为后者的可以轻易地跨越较大的跨度，且单位面积的自重与造价未明显增加由于自重轻，膜结构建筑具有良轻易地跨越较大的跨度，且单位面积的自重与造价未明显增加由于自重轻，膜结构建筑具有良好的抗震性能。

好的抗震性能2 2））建筑造型自由丰富建筑造型自由丰富建筑造型自由丰富建筑造型自由丰富膜结构建筑造型丰富多彩、新颖独特，富有时代气息，可为建筑师提供较大膜结构建筑造型丰富多彩、新颖独特，富有时代气息，可为建筑师提供较大的想象和创作空间的想象和创作空间3 3））施工方便施工方便施工方便施工方便膜材料的裁剪、熔接等工作主要在工厂完成，现场主要是将膜成品张拉就位安装与膜材料的裁剪、熔接等工作主要在工厂完成，现场主要是将膜成品张拉就位安装与传统建筑相比，施工程序简单，施工周期大为缩短传统建筑相比，施工程序简单，施工周期大为缩短4 4））透光性膜材具有良好的透光性膜材具有良好的透光性，透光率约，透光率约47%~16% 47%~16% 白天阳光形成自然漫射，几乎无需人工采白天阳光形成自然漫射，几乎无需人工采光，节约能耗，而晚上室内灯光透过膜面而给夜空增添梦幻般的夜景光，节约能耗，而晚上室内灯光透过膜面而给夜空增添梦幻般的夜景5 5））自洁性膜材的表面涂层、特别是聚四氟乙烯涂层，具有良好的非粘着性，大气中的灰尘及脏物膜材的表面涂层、特别是聚四氟乙烯涂层，具有良好的非粘着性，大气中的灰尘及脏物不易附着，表面灰尘也会被雨水冲刷干净，常年使用后仍能保持外观洁净与室内美观。

不易附着，表面灰尘也会被雨水冲刷干净，常年使用后仍能保持外观洁净与室内美观 除了以上优点，膜结构也有一定的不足如耐久性、保温隔热性能以及隔音效果都不及除了以上优点，膜结构也有一定的不足如耐久性、保温隔热性能以及隔音效果都不及传统的砖石、钢筋混凝土等材料，仍有待研究传统的砖石、钢筋混凝土等材料，仍有待研究;.43.3.膜结构的分类膜结构的分类 根据不同的支撑方式，通常将膜结构分为空气支撑式、张拉式及骨架支撑膜结构根据不同的支撑方式，通常将膜结构分为空气支撑式、张拉式及骨架支撑膜结构大类;.5 空气支撑式膜结构空气支撑式膜结构空气支撑式膜结构空气支撑式膜结构 空气支撑膜结构是利用薄膜内外的空气压差来稳定膜面以承受外荷载又可分为气承式空气支撑膜结构是利用薄膜内外的空气压差来稳定膜面以承受外荷载又可分为气承式和气囊式两类气承式是通过压力控制系统向建筑物室内充气，使室内外保持一定的压力差，和气囊式两类气承式是通过压力控制系统向建筑物室内充气，使室内外保持一定的压力差，膜体产生一定的预张力从而保证体系的刚度。

气囊式是向单个膜构件通常为管状构件内充气，膜体产生一定的预张力从而保证体系的刚度气囊式是向单个膜构件通常为管状构件内充气，使其保持足够的内压由多个膜结构进行组合形成一定形状的整体结构使其保持足够的内压由多个膜结构进行组合形成一定形状的整体结构;.6张拉式膜结构张拉式膜结构张拉式膜结构张拉式膜结构 张拉式膜结构是由索网结构发展而来的，依靠薄膜自身的预张应力与张拉式膜结构是由索网结构发展而来的，依靠薄膜自身的预张应力与拉索、支柱共同作用构成的结构体系张拉式膜结构中，薄膜材料既承载结构，拉索、支柱共同作用构成的结构体系张拉式膜结构中，薄膜材料既承载结构，又起到围护功能，充分发挥了膜材的结构功能结构造型也较为丰富，可以说又起到围护功能，充分发挥了膜材的结构功能结构造型也较为丰富，可以说是最具创意的膜结构形式但对施工精度要求较高，工程造价相对较高是最具创意的膜结构形式但对施工精度要求较高，工程造价相对较高;.7骨架支撑膜结构骨架支撑膜结构骨架支撑膜结构骨架支撑膜结构 骨架支撑膜结构是指以刚性结构通常为钢结构为承重骨架、并在骨架上敷设张紧的膜骨架支撑膜结构是指以刚性结构通常为钢结构为承重骨架、并在骨架上敷设张紧的膜材的结构形式。

刚性骨架是主要受力体系，膜材仅作为围护结构，故设计、制作比较简单，工材的结构形式刚性骨架是主要受力体系，膜材仅作为围护结构，故设计、制作比较简单，工程造价相对较低但未发挥出膜材料本身的结构承载力，跨度也受支撑骨架的限制程造价相对较低但未发挥出膜材料本身的结构承载力，跨度也受支撑骨架的限制;.84.4.膜材料的物理性能膜材料的物理性能 膜材属于柔性极大的高分子化学建材，其物理性能也与一般传统建材有很大差别膜材属于柔性极大的高分子化学建材，其物理性能也与一般传统建材有很大差别1 1））力学性能力学性能力学性能力学性能中等强度的中等强度的PVCPVC膜，厚度仅膜，厚度仅0.61 mm0.61 mm，但它的拉伸强度相当于钢材的一半但它的拉伸强度相当于钢材的一半中中等强度的等强度的PTFEPTFE膜，厚度仅膜，厚度仅0.8 mm0.8 mm，但它的拉伸强度已达到钢材的水平膜材的弹性模量较低，这有利于膜，但它的拉伸强度已达到钢材的水平膜材的弹性模量较低，这有利于膜材形成复杂的曲面造型材形成复杂的曲面造型2 2））光学性能光学性能光学性能光学性能膜材料可滤除掉大部分紫外线，防止内部物品褪色。

其对自然光的透射率可达膜材料可滤除掉大部分紫外线，防止内部物品褪色其对自然光的透射率可达225%225%，，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3 3））声学性能声学性能声学性能声学性能一般膜结构对于的低频几乎是通透的，对于有特殊吸音要求的膜结构可以采用一般膜结构对于的低频几乎是通透的，对于有特殊吸音要求的膜结构可以采用360 Hz360 Hz具有吸声装置的膜材料具有吸声装置的膜材料4 4））防火性能防火性能防火性能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，具有卓越的阻燃和耐高温性能，如今广泛使用的膜材料能很好地满足对于防火的需求，具有卓越的阻燃和耐高温性能，达到法国、德国、美国、日本等多国标准达到法国、德国、美国、日本等多国标准5 5））保温性能保温性能保温性能保温性能单层膜材料的保温性能与砖墙相同，优于玻璃同其他材料的建筑一样，膜建筑内部单层膜材料的保温性能与砖墙相同，优于玻璃。

同其他材料的建筑一样，膜建筑内部也可以采用其他方式调节其内部温度例如：内部加挂保温层，运用空调采暖设备等也可以采用其他方式调节其内部温度例如：内部加挂保温层，运用空调采暖设备等6 6））自洁性能自洁性能自洁性能自洁性能膜材经过特殊表面处理如加膜材经过特殊表面处理如加 TiO2 TiO2涂层涂层(TiO2(TiO2涂层的膜材具有很好的自洁性能涂层的膜材具有很好的自洁性能）），雨水，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗;.95.5.膜材料膜材料 以高强纤维织物为骨架材以高强纤维织物为骨架材料料、表、表面涂覆高性能涂层材料，并具有良好的阻燃．耐老化．抗风雪载及自洁性能，可广泛用作展面涂覆高性能涂层材料，并具有良好的阻燃．耐老化．抗风雪载及自洁性能，可广泛用作展览，体育，交通、休闲等建筑物的屋顶材料并承载应力的新一代复合材料，人们称之为现代览，体育，交通、休闲等建筑物的屋顶材料并承载应力的新一代复合材料，人们称之为现代建筑膜结构材料建筑膜结构材料。

当前常用的膜材料一般由两部分组成：基材编织物和涂层当前常用的膜材料一般由两部分组成：基材编织物和涂层涂层涂层涂层涂层 其材料的强度和弹性性能主要取决于基材，而进一步的性能，如防火、防水、抗紫其材料的强度和弹性性能主要取决于基材，而进一步的性能，如防火、防水、抗紫外线侵蚀以及对机械、化学等因素的不敏感性，都必须依靠涂层来加强外线侵蚀以及对机械、化学等因素的不敏感性，都必须依靠涂层来加强 ;.10基材基材基材基材 基材基本上为一种织布，织布是由纤维构成基材的选择是保证膜结构品质的关键基材基本上为一种织布，织布是由纤维构成基材的选择是保证膜结构品质的关键 常用的建筑膜材按基材可分为两类一类是以聚酯织物为基材，表面进常用的建筑膜材按基材可分为两类一类是以聚酯织物为基材，表面进PVCPVC涂层的产品，涂层的产品，另一类是以玻璃纤维织物为基材、表面进行聚四氟乙烯涂层的产品．另一类是以玻璃纤维织物为基材、表面进行聚四氟乙烯涂层的产品． 前者一般用于使用年限在前者一般用于使用年限在1515年以下的幅时性或半永久性建筑，后者年以下的幅时性或半永久性建筑，后者常常用于永久性建筑。

用于永久性建筑1 1）尼龙）尼龙(Nylon)(Nylon)其耐磨性和强度较高，抗拉力较聚酯类好，但其刚度较低，使得在载重情况下可能其耐磨性和强度较高，抗拉力较聚酯类好，但其刚度较低，使得在载重情况下可能造成皱褶的概率大为升高，易受湿度变化的影响，使得在裁剪前后产生误差另外，易受紫外线造成皱褶的概率大为升高，易受湿度变化的影响，使得在裁剪前后产生误差另外，易受紫外线影响而逐渐失去抗拉力若温度较高，可能发生氧化而变黄、变脆影响而逐渐失去抗拉力若温度较高，可能发生氧化而变黄、变脆2 2）聚酯类（）聚酯类（PolyesterPolyester）又称为涤纶，抗拉力较尼龙稍差，但其具有良好的耐久性、抗紫外线性能）又称为涤纶，抗拉力较尼龙稍差，但其具有良好的耐久性、抗紫外线性能;.116.膜结构建筑案例￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿国家游泳中心（俗称国家游泳中心（俗称“水立方水立方”）位于北京奥林匹克公园内，）位于北京奥林匹克公园内，2008年北京奥运会标志性建筑物年北京奥运会标志性建筑物之一水立方水立方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围采用世界上最先进的环保节能是世界上最大的膜结构工程，建筑外围采用世界上最先进的环保节能ETFE(四氟乙烯四氟乙烯)膜材料。

膜材料水立方水立方”整体建筑由整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到多个气枕组成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到10万平方米，堪称万平方米，堪称世界之最世界之最;.12大连金石滩影视艺术中心 为骨架式双层膜结构，主体膜结构为半个椭球钢网壳上面直接覆盖膜材料，椭球网壳平面长轴60米、短轴45米、高16米；为提高其保温隔热性能，本工程采用了双层膜，膜层间距475米该项目荣获中国空间结构优秀工程三等奖;.13天津保税区区标 时至今日，完成于1998年5月14日的天津保税区区标膜结构工程，已经成为中国膜结构业界的里程碑，它标志着中国膜结构划时代的开始，其中索膜结构是此工程的重点内容， 44个独立的膜结构单元体和钢结构采用牵拉方式连接，面材为法国法拉利公司生产的型号为1002T ;.14北京雕塑展览中心;.15大连五彩城风筝放飞场;.16帆船酒店表表1我国我国2000左右左右完成的大型膜结构体育馆完成的大型膜结构体育馆 体育馆名称体育馆名称膜材投影面积膜材投影面积(万万/m2)膜材类型膜材类型施工单位施工单位建成时间建成时间上海八万人体育上海八万人体育馆馆3．6PVC膜材Bjrdaj公司1999 上海虹日俸育馆上海虹日俸育馆2．6PVC膜材Bima公司1999 广州黄埔体育馆广州黄埔体育馆1．0PVC膜材光翌空间膜结构技术工程公司2000 浙江义鸟体育馆浙江义鸟体育馆1．6PVC膜材纽曼帝膜建筑技术公司2001 青岛最中体育馆青岛最中体育馆3．0PVC膜材纽曼帝膜建筑技术公司2001 武秘体育中心武秘体育中心3．0PVC膜材琢翻矗公司2001 威海体育中心威海体育中心2．5PVC膜材光翌空间膜结构技术工程公司2001 烟台体育馆烟台体育馆1．6PVC膜材纽曼帝膜建筑技术公司2001郑州航海体育馆郑州航海体育馆2．0PVC膜材纽曼帝膜建筑技术公司200117;.185.5.问题与展望问题与展望 我国在建筑膜材开发中需解决的核心问题有我国在建筑膜材开发中需解决的核心问题有：： (1)(1)建筑膜材基布的织造建筑膜材基布的织造建筑膜材基布的织造建筑膜材基布的织造。

国内生产的基布都是平纹组织结构还没有厂家开发出可用于建筑膜国内生产的基布都是平纹组织结构还没有厂家开发出可用于建筑膜 材的结构的基布材的结构的基布2)(2)涂层工艺涂层工艺涂层工艺涂层工艺采用的都是常规的单向张拉工艺，双向拉伸工艺未能开发采用的都是常规的单向张拉工艺，双向拉伸工艺未能开发3)(3)表面防污自洁处理工艺表面防污自洁处理工艺表面防污自洁处理工艺表面防污自洁处理工艺目前国内厂家都是直接买国外的表面处理桶目前国内厂家都是直接买国外的表面处理桶品种以丙烯酸树脂为品种以丙烯酸树脂为主，但防污自洁效果好的主，但防污自洁效果好的PVDF(PVDF(聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯) )与与PVF(PVF(聚氟乙烯聚氟乙烯) )处理荆未能开发处理荆未能开发 目前还没目前还没有机构对建筑膜材的开发进行深人系统的研究，上述问题未能顺利解决在很大程度上有机构对建筑膜材的开发进行深人系统的研究，上述问题未能顺利解决在很大程度上阻碍阻碍了建筑膜材在我国的大量使用了建筑膜材在我国的大量使用 ;.19 感谢的特别支持谢谢观赏谢谢观赏谢谢观赏谢谢观赏。