索膜结构及其施工技术

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1、索膜结构及其施工技术索膜结构及其施工技术作者：王世江索膜结构是冃前发展很快的一种新型空间结构，是一种效率极高的张力集成体系，可以充分发挥钢索的强度与张拉整体结构的空间作用。张拉膜结构是索膜结构屮最常见的一•种形式，是索膜建筑的代表和精华，它通过钢索与膜材共同受力形式稳定Illi而來覆盖建筑空间，具有高度的形体可塑性和结构灵活性，即通过对膜材内部施加一定的预张力，使其具备了抵抗外荷载能力，从而充当结构材料的一种结构体系。这种形式能够充分利用膜材的受力性能,形成轻巧、美观、具冇现代感的空间大跨曲面结构，并施工

2、简单、快捷，成本低，在国内外已经被广泛应用于商业建筑、体冇建筑、工业建筑、户外设施、文化娱乐建筑等各种领域。1索膜结构的组成及材料特性1」索膜结构的组成一个完整的索膜结构一般由三部分组成：1）形成曲而结构的张拉膜材；2）用于加强膜面的脊索和谷索，以及将膜内力传向支承结构的边索；3）求索膜体系的支架结构。张拉膜材即作为结构材料，要能够抵抗一定的荷载而不致引起过人变形。同时为完成作为覆盖材料所规定的建筑功能，例如美观、遮光、防火、耐久等等，还需满足各种性能要求。所以，选用合适的膜材对于索膜结构的设计建造非常重

3、要。加强索除其对于膜面受力方面的加强作用外，更重要的是起到了改变建筑造型的作用。尤其是谷索和脊索的灵活设置会给整个建筑带來奇妙的视觉效果。支架结构最常采用的是钢结构，也可采用混凝十结构，英至在某些情况下可以采用木结构或其他结构。支架结构除满足将索膜体系的內力传递到基础这一结构要求以外，其形式可以采取变化多样的形式，以实现不同的建筑造型效果。例如采川独立柱或柱与拉索的组合可以提供一个独立支点，这里的柱可以是钢管柱、桁架柱或混凝十柱，而肓梁、桁架拱或环梁可以提供一系列连续支点。通过索膜结构三部分的不同纽合、变

4、化，可以形成形式多样、不拘一格、令人耳目一新的索膜结构。对索膜结构来说，因为这种结构白重轻，荷载低、用材经济，结构上的要求一般是容易满足的，而形式上的不断创新是索膜结构这一结构体系的灵魂，这也正是它越來越为更多的人所重视的原因所在。1.2索膜结构的材料和性能索是受拉单元的统称。索的核心分为有机纤维和金属两类。一般工程用索为全钢索，典型的冇：高强钢棒、索心索、股钢核心索等工程结构用索的柔性要求不高，所以钢索一•般采用较粗的线材制造。钢索的弹性模量一般在147KN/mm2170KN/mm2,线膨胀系数一般在3

5、.91()-6mm/mm*°C。结构用索的另一个重要参数是索的密实系数。密实系数是指索中线股总面积和索直径所对应闘面积的比值。密实系数越人，索的抗拉极限荷载越人。实验表明，张紧索在工作应力〈0.55e(e为比例极限)的范围内可认为具有恒定的弹性模量，即索是线弹性体。另外，动力荷载引起的振动效应相对于静荷载而言对索的工作性能更不利，因为振动会使索产生反复加卸载从而引起松弛。从这个观点出发，应尽最使工程结构中的索具有较高的工作应力。设计中综合考虑索的疲劳、松弛等效应，一般取安全系数为5。在这个范围内，根据实验

6、结果，索被认为是线弹性体，并11具有不低于200万次的疲劳寿命。膜结构采用的薄膜材料，人多采用涂层织物薄膜，分为两部分，内部为基材织物，主要决定膜材的力学性质，提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等。外层为涂层，主要解决膜材的物理性质，捉供材料的耐火性及防水、自治性等，常用的膜材一般为聚酯织物涂敷聚氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树脂涂层膜材等。膜材的抗拉强度、粘结强度与抗撕裂强度Z间冇很大的相关性。基布编织紧密的膜材冇很高的抗拉强度，但抗撕裂强度相应较低，这是由于其很高的弹性模最及基布与

7、涂层间的粘结强度较人的缘故。高的弹性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘结作用乂阻止了基布和涂层问的滑移，进一涉限制了膜材的拉伸延展，这种特性使高抗拉强度膜材实际可用的抗拉强度人人降低，因为在实际工程中，膜材的破坏主耍是抗撕裂强度不足引起的撕裂破坏。膜材的疲劳强度比抗拉强度小得多，接缝的强度通常比材料强度小，R由于紫外线的照射会老化、变质，因此需对膜材在外部气候条件下进行性能试验，进行长期观测。从经济的也度看，膜材的耐久性还是令人满意的。微小的损伤可以修补，除稍加清洗改善透光度外，不需其他的养护和维修。2索膜

8、结构特点和施工技术2」索膜结构的特点索膜材料均不具有抗弯能力，其上所有的点在分析模型中只具有三个H由度。这一-特点实际可将索膜体系简化为长度任意改变的空间链杆体系，或将膜简化为可白由拉伸和转动的三节点或更多节点有限元组成的空间网格。要使索、膜材料具有抵抗外荷载的能力，必须预先对其施加张拉力，以增强刚度、减小变形。由于索膜结构内的张拉力呈较为复朵的空间分布，因此所施加张拉力的大小一般需要通过计算机找形來确定。施加预张力后的索膜体