索膜结构的组成及材料特性
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扬州市唯美膜结构有限公司 日期：05-26 2579 属于：公司新闻
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）形成曲面结构的张拉膜材； 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大变形。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来奇妙的视觉效果。 支架结构常采用的是钢结构，也可采用混凝土结构，甚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内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。例如采用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、桁架柱或混凝土柱，而直梁、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组合、变化，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，因为这种结构自重轻，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，这也正是它越来越为更多的人所重视的原因所在。
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，典型的有：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/mm2——170 KN/mm2，线膨胀系数一般在3.9×10-6mm/mm*℃。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圆面积的比值。密实系数越大，索的抗拉极限荷载越大。实验表明，张紧索在工作应力σ〈0.55σe（σe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，应尽量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，根据实验结果，索被认为是线弹性体，并且具有不低于200万次的疲劳寿命。膜结构采用的薄膜材料，大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，提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之间有很大的相关性。基布编织紧密的膜材有很高的抗拉强度，但抗撕裂强度相应较低，这是由于其很高的弹性模量及基布与涂层间的粘结强度较大的缘故。高的弹性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘结作用又阻止了基布和涂层间的滑移，进一步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大大降低，因为在实际工程中，膜材的破坏主要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，且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。从经济的角度看，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。
3. 索膜建筑的分类 从结构方式上简单地概括为张拉式、骨架式、充气式三大类：
1）张拉式：张拉式索膜建筑可谓索膜建筑的精华和代表。由于其建筑形象的可塑性和结构方式的高度灵活性和适应性，此种方式的应用极其广泛。有人又将张拉式再分为索网式、脊谷式等等。张拉式索膜体系富于表现力、结构性能强，但造价稍高，施工精度要求也高。
2）骨架式：骨架式索膜建筑常在某些
特定的条件下被采用，是由于其结构方式本身的局限性：骨架体系自平衡，膜体仅为辅助物，膜体本身的强大结构作用发挥不足等，有人将其称之为二次重复结构。骨架方式与张拉方式的结合运用，常可取得更富于变化的建筑效果。骨架式索膜体系建筑表现含蓄，结构性能有一定的局限性，造价低于张拉式体系。
3）充气式：充气式索膜建筑历史较长，但因其在使用功能上明显的局限性，如形象单一、空间要求气闭等，使其应用面较窄。但充气式索膜体系造价较低，施工速度快，在特定的条件下又有其明显的优势。
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，典型的有：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/mm2——170 KN/mm2，线膨胀系数一般在3.9×10-6mm/mm*℃。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圆面积的比值。密实系数越大，索的抗拉极限荷载越大。实验表明，张紧索在工作应力σ〈0.55σe（σe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，应尽量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，根据实验结果，索被认为是线弹性体，并且具有不低于200万次的疲劳寿命。膜结构采用的薄膜材料，大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，提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之间有很大的相关性。基布编织紧密的膜材有很高的抗拉强度，但抗撕裂强度相应较低，这是由于其很高的弹性模量及基布与涂层间的粘结强度较大的缘故。高的弹性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘结作用又阻止了基布和涂层间的滑移，进一步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大大降低，因为在实际工程中，膜材的破坏主要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，且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。从经济的角度看，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。
3. 索膜建筑的分类 从结构方式上简单地概括为张拉式、骨架式、充气式三大类：
1）张拉式：张拉式索膜建筑可谓索膜建筑的精华和代表。由于其建筑形象的可塑性和结构方式的高度灵活性和适应性，此种方式的应用极其广泛。有人又将张拉式再分为索网式、脊谷式等等。张拉式索膜体系富于表现力、结构性能强，但造价稍高，施工精度要求也高。
2）骨架式：骨架式索膜建筑常在某些
特定的条件下被采用，是由于其结构方式本身的局限性：骨架体系自平衡，膜体仅为辅助物，膜体本身的强大结构作用发挥不足等，有人将其称之为二次重复结构。骨架方式与张拉方式的结合运用，常可取得更富于变化的建筑效果。骨架式索膜体系建筑表现含蓄，结构性能有一定的局限性，造价低于张拉式体系。
3）充气式：充气式索膜建筑历史较长，但因其在使用功能上明显的局限性，如形象单一、空间要求气闭等，使其应用面较窄。但充气式索膜体系造价较低，施工速度快，在特定的条件下又有其明显的优势。
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