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传统结构为了减小结构的变形就增加结构的抗力;而膜结构是通过改变形状来分散荷载,从而获得小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时,可产生两种回复力:一个是由几何变形引起的;另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,所以要使每一个膜片具有良好的刚度,就应尽量形成负高斯曲面,即沿对角方向分别形成“高点”和“低点”。
膜结构的设计内容包括形状设计、荷载分析、裁剪设计、配件设计、支承结构设计。对膜结构的形状设计、荷载分析、裁剪设计,应在考虑施工过程的基础上进行一体化的设计。膜材只能承受拉力,不能承受压力和弯矩。膜面的大主应力应小于膜材的强度设计值,在荷载长期作用下,小主应力应大于等于维持其初始平衡形状的应力值。
膜面的大主应力应小于膜材的强度设计值,在荷载长期作用下,小主应力应大于等于维持其初始平衡形状的应力值。膜结构一体化设计时,应考虑膜材的松弛、徐变、老化。膜结构设计时,应考虑使用阶段膜材替换对整体结构的影响。膜结构设计应考虑膜材破坏时,支承结构仍应保持自身的强度、刚度及稳定性。
玻纤合成橡胶建筑膜材:合成橡胶(如丁腈橡胶,氯丁橡胶)韧性好,对阳光、臭氧、热老化稳定,具有的耐磨损性、耐化学性和阻燃性,可达到半透明状态,但由于容易发黄,故一般用于深色涂层。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纤维织成的基布两面贴上氟树脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造价太高,一般的建筑考虑到成本和性能两方面,很少选用这种膜材,目前国外的生产厂家也不多。
由ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)生料直接制成。ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性,而且机械强度高,加工性能好。近年来,ETFE膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。这种膜材透光性特别好,号称“软玻璃”,质量轻,只有同等大小玻璃的1%;韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂,延展性大于400%。
ETFE膜可在现成预制成薄膜气泡,方便施工和维修。ETFE也有不足,如外界环境容易损坏材料而造成漏气,维护费用高等,但是随着大型体育馆、游客场所、候机大厅等的建设,ETFE更突显自己的优势。目前生产这种膜材的公司很少,只有少数几家公司可以提供ETFE膜材,这种膜材的研发和应用在国外发达国家也不过十几年的历史。
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