張拉膜結構的膜材分類—結構理論

膜材分類

目前建築膜材廣泛認可的标準是日本JISA-93所規定的A、B、C三類，是根據其防火性能的優劣來劃分的。

A類最好，以玻璃纖維織物為基材塗PTFE而成;

B類次之，以玻璃纖維織物為基材塗PVC而成;

C類是三類中最次的，以聚酯(滌綸)織物為基材塗PVC而成。

按塗層材料分，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。

PTFE建築膜材

PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上塗以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建築膜材中最好的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。在蓋格公司領導下，美國的杜邦公司、康甯玻纖公司、貝爾德建築公司、化纖織布公司共同開發永久性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆，使永久性的PTFE膜正式誕生。此後永久性膜結構正式在美國風行，許多學者對膜結構進行了深入的研究。

20 年後跟蹤檢測結果表明，這種膜材的力學性能與化學穩定性指标隻下降了20%~30%，顔色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學物質微粒極難附着與滲透，經雨水沖刷建築膜可恢複其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。目前國外對這種膜材的開發和應用比較成熟，生産廠家也很多，如德國Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業株式會社、美國Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。

玻纖PVC建築膜材

這種膜材開發和應用得比較早，通常規定PVC塗層在玻璃纖維織物經緯線交點上的厚度不能少于0.2mm，一般塗層不會太厚，達到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，塗層時常常加入一些光、熱穩定劑，淺色透明産品宜加一定量的紫外吸收劑，深色産品常加炭黑做穩定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法，可在.PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧，用雲母或石英來防止表面發粘和沾污。

ETFE建築膜材

由ETFE (乙烯-四氟乙烯共聚物)生料直接制成。ETFE 不僅具有優良的抗沖擊性能、電性能、熱穩定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。近年來，ETFE 膜材的應用在很多方面可以取代其他産品而表現出強大的優勢和市場前景。這種膜材透光性特别好，号稱“軟玻璃”，質量輕，隻有同等大小玻璃的1%;韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大于400%;耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200'C;可有效的利用自然光，節約能源;良好的聲學性能。

自清潔功能使表面不易沾污，且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物，清潔周期大約為5年。另外，ETFE 膜可在現成預制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環境容易損壞材料而造成漏氣，維護費用高等，但是随着大型體育館、遊客場所、候機大廳等的建設，ETFE更突顯自己的優勢。目前生産這種膜材的公司很少，隻有ASAHIGLASS (AGC)、日本旭硝子、德國科威爾等少數幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發和應用在國外發達國家也不過十幾年的曆史。

包括内容

1，初始态分析:确保生成形狀穩定、應力分布均勻的三維平衡曲面，并能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反複修正的過程。

2，荷載态分析:張拉膜結構自身重量很輕，僅為鋼結構的1/5,混凝土結構的1/40;因此膜結構對地震力有良好的适應性，而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對膜結構的設計通常采用安全系數法。

3，主要結構構件尺寸的确定，及對支承結構的有限元分析。當支承結構的設計方法與膜結構不同時，應注意不同設計方法間的系數轉換。

4，連接設計:包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。

5，剪裁設計:這一過程應具備必要的試驗數據，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值(應通過雙軸拉伸試驗确定)。

膜結構在方案階段需要考慮的問題有:

1，預張力的大小及張拉方式;

2，根據控制荷載來确定膜片的大小和索的布置方式;

3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪);

4，關鍵節點的設計，以避免應力集中;

5，考慮膜材的運輸和吊裝;

6，耐久性與防火考慮。

在膜結構設計階段所要考慮的有以下幾點：

1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果;

2，細化支承結構，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀:

3，簡化膜與支承結構間的連接節點，降低現場施工量。

膜結構研究的主要問題有:

1,找形( Form-finding)或更進一步叫“形态理論”;

2，考慮膜材松弛和各向異性下的結構響應;

3，結構在風荷載作用下的動力穩定性;

4，裁剪優化;

5，膜與索及支承結構間的相互作用。

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