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膜結構選型與建筑設計、結構設計

2022-08-19 16:04:44 評論：2 點擊：560

膜結構選型 1、除小跨度結構外，膜結構中的膜材總是與其他構件共同承重。目前，國內外對膜結構的形式有很多種不同分類方法，尚未統一。本規程按膜材及其相關構件的受力方式分成四種形式，是一種比較科學的分類方法。 2、整體張拉式膜結構主要由索和膜構成，兩者共同起承重作用，通過支承點和錨固點形成整體。 3、骨架支承式膜結構由鋼構件（如拱、鋼架）或其他鋼性結構起承重作用，膜材主要起圍護作用。

膜結構選型

1、除小跨度結構外，膜結構中的膜材總是與其他構件共同承重。目前，國內外對膜結構的形式有很多種不同分類方法，尚未統一。本規程按膜材及其相關構件的受力方式分成四種形式，是一種比較科學的分類方法。

2、整體張拉式膜結構主要由索和膜構成，兩者共同起承重作用，通過支承點和錨固點形成整體。

3、骨架支承式膜結構由鋼構件（如拱、鋼架）或其他鋼性結構起承重作用，膜材主要起圍護作用。

4、索系支承式膜結構主要由索、桿和膜構成，三者共同起承重作用。在通常所稱的張拉整體（tensegrity）結構中，如采用膜材，即屬于索系支承膜結構。另外比較流行的索穹頂結構（cabledome）也屬于此類。

5、以空氣作為一種支承方式，是膜結構的一個特點，一般也成為充氣結構，其設計與構造與傳統結構有許多不同之處。

建筑設計

1、膜結構建筑的表現方式與一般建筑有所不同，在建筑單位方案設計階段，就應充分考慮到不同表現方式的相容與協調，并注意利用膜結構建筑技術所具有的形象特點，因勢利導。膜結構建筑的方案設計應由建筑師與膜結構工程師共同完成。設計時首先應考慮膜結構體系的特殊性，從建筑功能和結構受力性能入手，創造出形式完美、構造合理的膜結構建筑。

2、各國對于膜材的耐火等級和防火要求各不相同。一般來說，耐火等級與材料價格直接有關。當有條件時應盡量采用不燃類膜材。當永久性建筑采用阻燃類膜材時，尚應根據當地消防部門的要求采取必要的防火措施。

3、結構建筑采用的膜材一般均具有透光特性。由于漫射光的作用，膜材覆蓋的空間內將呈現特殊的光學效果（有明顯光感但無陰影），建筑設計中應予以合理利用。采用雙層膜構造時，應考慮到透光率的折減。

4、膜結構建筑的保溫隔熱性能較差，目前已廣泛使用的膜材，自身并不能較好的隔絕外部溫度的影響。單層膜結構僅適用于敞開式建筑或氣候較溫和的地區。對于封閉式建筑，應注意采用其他構造方式解決保溫隔熱問題。雙層膜構造可以較好的滿足保溫、隔熱要求，兩層之間的空氣隔離層一般為30cm左右，但應注意處理雙層膜內部結露問題。

5、膜結構建筑應有足夠的坡度以解決排水問題并預防積雪。屋面排水設計從方案階段就應予重視，一面造成重大工程隱患。采取有組織排水式時，應注意采取對建筑物墻面或地面的防污染措施。

6、從空氣支承膜結構過去發生的事故來看，大部分是在強風或大雪時，膜結構產生大變形而使膜材于內部或外部物體相碰，在接觸點處膜材受到損壞，導致膜結構破壞。因此，膜材與內部、外部物體應保持一定距離，即使在最不利工況下也不應接觸。此外，物體如有尖角、銳角，也應加以防護。

結構設計

1、國家標準《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068修訂后對結構重要性系數X做了兩點改變：（1）X不僅考慮結構的安全等級，而且考慮了結構的設計使用年限；（2）將原標準X取值中的“等于”改為“不應小于”，使不同投資者對結構安全度設計有更多的選擇余地。對于一般工業與民用建筑膜結構，其安全等級多為二級，其設計使用年限多為50年，因此其結構重要性系數不應小于1.0；對于設計使用年限為15~25年的易于更換膜材的膜結構，其結構重要性系數可適當降低，取為不小于0.95；對于設計使用年限為5年的臨時性的膜結構，其結構重要系數可取不小于0.9.應該指出，膜結構下部的鋼或鋼筋混凝土承重結構，其設計使用年限仍可采用50年，當膜結構達到設計使用年限時，可以更換膜材，從而達到與下部結構同樣的設計使用年限。

2、本條系根據現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009的規定，對于承載能力極限狀態和正常使用極限狀態，分別根據不同的設計要求采用不同的荷載組合。結合膜結構的具體情況，按承載能力極限狀態設計時，只考慮荷載效應的基本組合，采用荷載設計值和強度設計值進行計算，不考慮偶然組合；按正常使用極限狀態設計時，只考慮荷載效應的標準組合，采用荷載標準值、組合值和變形限值進行計算，不考慮其他組合。

3、本條列出了作用在膜結構上的各種荷載，其中溫度變化、支座不均勻沉降和施工荷載可根據工程具體情況予以考慮，地震作用在本規程第5.1.5條中規律可不考慮。施工荷載可根據工程安裝的特點確定，有時不僅要考慮均布荷載，還有考慮安裝或檢修時的集中荷載。

4、目前，我國的膜結構設計都參照國外的設計規范進行，荷載組合采用長期與短期兩種情況（日本規范稱為持久與臨時荷載），并分別規定了不同的安全系數。由于膜結構受力具有較強的幾何非線性，其各項荷載效應不能進行線性組合，因此本條規定采用兩種組合類別，其中，第一類組合相當于長期（持久）荷載組合，第二類組合相當于短期（臨時）荷載組合，并以抗力分項系數進行調節。

5、風荷載是膜結構的主要荷載。由于膜結構的體型較復雜，而《建筑結構荷載規范》GB50009所提供的建筑體型有限，所以膜結構的風荷載體型系數一般需要通過風洞試驗來確定。當所設計的膜結構為園林景觀小品或臨時性建筑時，可參考以往的工程經驗確定風荷載體型系數。

6、作為屋面的膜結構多為負高斯曲率曲面，結構上所受的雪荷載一般為非均勻分布，因此應根據不同的曲面形狀、曲率變化調整雪荷載分布系數的取值。

7、膜結構設計中，除了保證結構體系的整體穩定外，還應保證在局部膜片破壞或局部索推出工作時不致引起結構整體失效。由于膜材在拉力作用下存在松弛、徐變等問題，張拉式膜結構在正常使用1~2年后需要進行第二次張拉，結構設計時應考慮兩次張拉對結構整體的影響。

8、由于材料自身存在老化問題，各類膜材均有一定的使用年限。對于永久性建筑，當膜材達到使用年限或部分膜片在使用期間出現破損時，需要進行更換，這一點在結構整體設計時宜予以考慮。

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