建筑结构选型第9章膜结构.ppt

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SystemandSelectionofBuildingStructures土木建筑与力学学院,建筑结构选型,第9章膜结构9.1概述9.1.1膜结构的特点,膜结构建筑外观雅致飘逸，空间开阔灵秀、结构轻盈、透光阻燃、经久自洁、安装快捷、节能降耗、造价适中维修简便。

由于膜材造型运用很灵活，尤其使大跨距的建筑，特别能突显设计者的创意及设计要求。

在奥运会、世博会等大型建设工程中，已经大显身手。

采用高强薄膜材料、加强构件（钢架、柱或索），内部产生一定的预应力，形成某种空间形状作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用结构形式。

膜结构的主要缺点是耐久性较差。

最近几年，由于高强、防火、透光、耐久性好、性能稳定的膜材的出现和应用，膜结构的设计寿命可达到20年以上。

第9章膜结构9.1概述9.1.2薄膜组成材料的组成和分类,疏交错织法附着性强、抗撕裂强度高,密交错织法高抗拉强度,平织法，薄，抗撕裂强度极高,图9-1-1薄膜材料,第9章膜结构9.1概述9.1.2薄膜组成材料的组成和分类,1.聚酯纤性织物加聚氯乙烯（PVC）涂层2.无机材料织物加聚四氟乙烯（PTFE）涂层3.改进PVC膜材4.乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.1气压式膜结构,图9-2-1气压式膜结构,图9-2-2气压式空气薄膜结构的型式,结构受力特点：

结构形式：

结构构造：

第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.1气压式膜结构,波士顿艺术中心剧场,图9-2-4富士组展览馆外形,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.1气压式膜结构,图9-2-5富士组展览馆平面图,图9-2-6富士组展览馆纵剖面图,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,图9-2-8拉索的布置,图9-2-7气承式膜结构,结构受力特点：

结构形式：

结构构造：

第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,日本第1届世界园艺博览会兰花馆太阳馆（圆形建筑）半径为75米，月亮馆（弧形建筑）最大跨度为40米。

第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,图9-2-10第一穹顶平面及立面图图9-2-11第二穹顶平面图,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,图9-2-13东京充气棒球馆剖面图,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,日本1988年建成的东京圆顶运动场，采用气承式充气薄膜结构。

采用双层聚四氟乙烯玻璃纤维布制成，外膜厚度0.8mm，内膜厚度0.35mm。

薄膜用28根直径为80mm的钢索双向正交布置，每个方向各14根间距8.5m。

屋顶面积为2.8万m2，屋顶总质量（重）1060kN，平均仅为125Nm2。

充气过程,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,日本大阪世博会美国馆,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.3混合式充气膜结构,图9-2-16美国原子能委员会流动展览厅,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.3混合式充气膜结构,图9-2-17熊本县民综合公园室内运动广场,图9-2-18熊本县民综合公园室内运动广场结构剖面图,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.3混合式充气膜结构,熊本县民综合公冈室内运动广场双层空气膜系统图,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.3混合式充气膜结构,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.2气承式膜结构,美国明尼阿波利斯的“大城市穹顶”在1981年11月膜结构充气后的三周，因为一次暴风雪在屋面上形成雪窝而下瘪，其后在1982年与1983年又两次发生过类似的事件，由此还引起了冗长的法律诉讼。

这些大大小小事故的产生，主要是由于空气膜所特有的袋状效应，即膜表面上一旦积累了一些冰雪引起下凹,而下凹又招致了更多的冰雪，这样就造成恶性循环而导致膜材的破裂。

在上述过程中，有时是由于热空气融雪系统不足,有时是由于空气加压控制失灵，甚至是管理人员操作上的失误，终于酿成事故。

第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.4气枕膜结构,图9-2-20矢跨比与主应力关系,结构受力特点：

结构形式：

结构构造：

第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.4气枕膜结构,图9-2-22气枕结构作为网架屋盖,“水立方”采用双层ETFE充气膜结构，共1437块气枕，每一块都好像一个“水泡泡”，气枕可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源，并且具有良好的保温隔热、消除回声，为运动员和观众提供温馨，安逸的环境。

国家游泳中心“水立方”,第9章膜结构9.2充气膜结构9.2.4气枕膜结构,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.1柔性支承膜结构,结构受力特点：

结构形式：

柔性支承膜结构刚性支承膜结构结构构造：

稳定性措施悬挂构造,张拉式膜结构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”。

“高点”通常是由桅杆来提供的，,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.1柔性支承膜结构,图9-3-1悬挂膜结构示意图,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.1柔性支承膜结构,图9-3-2桅杆支承点处的节点构造,图9-3-3沙特阿拉伯法赫德国际体育场,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.1柔性支承膜结构,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.1柔性支承膜结构,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.1柔性支承膜结构,威海体育场,威海体育场看台上空设一座大型轻质罩棚，罩棚由44座伞形膜结构单元连接而成，各个伞形膜结构单元由膜、桅杆、前脊索、后脊索、谷索组成,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.2刚性支承膜结构,

（1）结构组成;

（2）结构构造,图9-3-5骨架支撑膜结构,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.2刚性支承膜结构,图9-3-6上海八万人体育场,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.2刚性支承膜结构,图9-3-7上海八万人体育场屋盖结构和置示意图,日本秋田“天穹”,天穹穹顶是一个切去两边的130m100m的球面穹顶,其主要承重结构是一系列沿长边平行排列的格构式钢拱架,沿短边方向为钢管拱,从室内仰望,线条清晰,结构轻盈,通透明亮。

第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.2刚性支承膜结构,交叉拉索,顶杆,利用交叉拉索和顶杆对薄膜施加预应力,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.2刚性支承膜结构,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.2刚性支承膜结构,利用交叉拉索和顶杆对薄膜施加预应力,交叉拉索,顶杆,第9章膜结构9.3支承膜结构9.3.2刚性支承膜结构失效实例,千年穹顶,英国伦敦的千年穹顶是世界各国为了迎接新千年的到来而兴建的一系列千禧建筑中最为著名的作品。

它是英国旅游协会评出的2000年度英国最受欢迎的收费观光景点，被誉为“伦敦的明珠”。

千年穹（MillenniumDome）位于伦敦东部泰晤士河畔的格林威治半岛上，是英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑。

弯项直径320m，周圈大于1000m，有12根穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采用圆球形的张拉膜结构。

膜面支承在72根幅射状的钢索上，其截面为232，这些钢索则通过间距25m的斜拉吊索与系索为桅杆所支撑，吊索与系索同时对桅杆起稳定作用。

中央节点,桅杆和索网,膜结构安装,大连金石滩影视艺术中心,天津保税区区标,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475mm。

完成于1998年5月14日的天津保税区区标膜结构工程，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。

德国汉堡网球场,可缩进的膜结构棚盖可以在任何恶劣的天气时，将棚盖关上；在天气转好时打开。

以确保在任何季节里网球比赛的举行，或避免时重要的赛事中断或延迟。

此建筑充分发挥了索膜结构重量轻、造型灵活的优点。

整结构展开面积约10000平方米，采用PVC（PVDF面层）膜材，并且选用能够满足要求的最薄的型号。