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膜结构范文1
【关键词】索膜结构；找形设计；剪裁设计
1概述
索膜结构挑篷[1]，由于采用膜材这种新型材料和很大的跨度，有其比较独立的设计流程。
索膜结构的设计过程主要有前处理、找形设计、荷载分析、剪裁设计和下部结构设计与验算五个阶段。对于找形设计和剪裁设计，由于膜材大变形和非线形等特殊性质，需要有专门的软件来进行分析。目前许多膜结构公司都开发出自己专用的膜结构分析软件，各高校开展这方面研究的也很多。荷载分析这一阶段是比较接近于传统结构的，也常常依赖于大型的有限元结构分析软件进行计算，包括强度分析、稳定分析、动力分析等。
2、索膜结构挑蓬设计的一般过程
现代索膜建筑的设计过程是把建筑功能、内外环境的协调、找形和结构传力体系分析、材料的选择与剪裁集成一体。借助于计算机的图形和多媒体技术进行统筹规划与方案设计，再用结构找形、体系内力分析与剪裁的软件，完成索与膜的下料与零件的加工图纸，最后结合下部结构进行验算[2]。
索膜结构的整个设计过程是建筑、结构方案的选择与结构分析计算的交叉反复，如果没有专用的计算机辅助设计系统的应用，很难想象在短时间内能够得出最优的方案。计算机辅助设计系统的应用，是膜结构设计方法发展的必然趋势。膜结构是一种新颖的结构形式，其相应的计算机辅助设计系统必有特殊性。现就目前膜结构计算机辅助设计系统的开况，论述一下索膜结构设计的一般过程。
2.1前处理
主要定义膜结构的几何模型、材料特性、外荷载，并能从各个角度显示出结构的外形以验证几何形状的正确性，同时生成结构分析系统进行找形分析、荷载分析所需要的数据。目前可视化软件多采用图形输入法输入结构的几何外形。图形输入法是直接输入结构的图形，而不是图形的几何数据，具有直观、形象的特点。图形输入法是以人机交互方式工作的，可以边输入边显示，有错即改，有漏就补，十分方便灵活。材料的特性主要包括膜材的经纬两方向的弹性模量、最大允许应力，脊索、边索的弹性模量、最大允许应力，外荷载主要包括风荷载、雪荷载、自重等，另外还包括初始预应力值、受压构件的截面面积等。
2.2找形、荷载分析
膜结构的找形分析和荷载分析可以合称为结构分析，主要完成膜结构的找形、形状判定和内力分析，输出位移、应力和其他后处理系统所需要的数据文件。
膜结构是纤维织物构成的。虽然膜材在平面内能承受很大的拉力，但它不能承受平面内的压力和平面外的弯矩，不然膜面会松弛，继而失去刚度出现俗称的褶皱。判断结构是否会出现褶皱是判断索膜结构预应力大小选取是否合适、判断索膜结构建筑外形是否合理的一个关键因素。找形和荷载分析的最主要目的也在于此。有褶皱的索膜结构不能体现索膜建筑的力与美。
通过找形，得到了结构的曲面几何及其相应的预应力分布，接下来的工作就是荷载的分析了。
荷载态分析的目的，是检查在各种荷载组合下，结构的刚度是否足够，膜面的应力和变形是否在许可的范围内，亦即是否能保证结构的稳定及防止褶皱的出现，是否会出现过大的变形导致应力松弛或因应力过大导致膜材破坏，是否在风雪荷载因变形过大而影响结构的使用功能，是否会因风激振动而导致结构破坏，等等。
作用于索膜结构上的荷载主要有：自重，设备重量，风雪荷载以及维护荷载等等。这些荷载都可以作为面荷载转化为等效节点力。
在膜结构受荷分析的过程中，风荷载常常是结构的起控制作用的荷载。韩国济州岛世界杯足球赛场的膜结构在2002年的台风中也被掀去了[3]，主要原因是由于局部构造措施不当，导致应力集中所致。对于很简单的几何形式，规范是可以借鉴，对于重要性的结构，风洞实验是确定设计参数的必要手段。
索膜结构受荷分析时，雪荷载也是很重要的荷载。雪荷载对膜结构的影响不仅是考虑膜结构对雪荷载的承受能力，是否会被罕见的大雪压跨。积雪对膜的影响不仅仅如此，由积雪造成的膜长期受荷所产生的非常规徐变会减低膜的预张力，严重的话会造成膜丧失预张力导致失稳。有可能的话，在结构选形时要尽量避免产生积雪。也就是说，曲率设计切忌平缓，这在北方尤其重要。需要注意的是，积雪荷载通常是非均匀分布的，要视结构的表面形状作相应的调整。
2.3剪裁分析
剪裁分析和下部结构验算构成了后处理。结果显示应该能从各个方向显示膜结构的线框图形和位移，并且能显示其实体模型，此外显示模块还应具有另一重要功能即应力的可视化，如采用应力彩色图和应力数值标注相结合的方式显示模结构的应力，这样就非常容易找到应力异常区和褶皱区。
剪裁分析的方法有很多种，一般是在初始形态分析的基础上，利用不同的离散方法进行拟合。常用的方法如动态规划法，把空间任意曲面近似展成平面，即基于动态规划的基本思想，把空间任意曲面划分成有限个相邻的条块（称之为条元），依次藕联计算出每一条元的展开形状，便可得到整个曲面的展开；应用单值变换把空间曲面近似展成平面；有根据测地线的原理，应用广义泛函变分取极值，得到膜结构曲面上的测地线，然后依据测地线计算裁剪线，生成裁剪图。
剪裁分析的功能主要生成考虑由初始预应力引起的经、纬方向伸长和连接影响的剪裁下料图和DXF等格式能被普通计算机辅助制造系统接受的数据文件，以便据此利用人工和计算机辅助制造系统进行膜材的剪裁操作。
2.4下部结构验算
对下部结构进行验算通常有两种方法，一种是将上部索膜结构和下部支撑结构分开分析，在下部结构模型上盖上轻型屋面板，轻型屋面板作为恒荷载，应用荷载传递的原理，将荷载作用下产生的支座反力作为荷载施加在下部结构上，再进行下部结构的分析计算，这种方法适用于支撑结构刚度较大，控制点位移较小的情况下，分析效率较高，同时复杂程度大大降低。
第二种是将找形后的索膜屋面与下部结构组成一体，用非线形有限元方法分析结构在各种荷载组合下的位移、支座反力及内力等，此方法适用于支撑结构较柔，在外荷载的作用下会发生较大的变形，在迭代计算过程中，索膜结构与支撑结构会发生相互作用，并且在相互作用下协同变化。
3、结语
索膜结构挑蓬的设计不同于传统结构，其分析计算需要有一定的数学、力学和工程学基础。随着计算机技术的发展、软件水平的提高，利用计算机技术来进行膜结构的设计已经成为索膜结构挑蓬设计的根本保证。虽然有多种分析理论被提出来，并运用于索膜结构的分析。但不论采用那种理论，其设计步骤都是相同的。
参考文献
[1] 严慧，夏循.我国内地膜结构的工程应用与发展前景[J].钢结构， 2004（2）： 4-5
膜结构范文2
关键词：膜结构，减少膜面褶皱，措施
一、概述
膜结构作为新的建筑形式在国际及国内都得到了迅速的发展和应用。如体育设施有体育场、体育馆、游泳馆、健身中心、网球馆、篮球馆等；文化设施有展览中心、剧场、会议厅、博物馆、植物园、水族馆等；交通设施有机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等；商业设施有商场、购物中心、酒店、餐厅、商店门头（挑檐）、商业街等；工业设施有工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等；景观设施有建筑入口、标志性小品、步行街、停车场等。
膜结构之所以能在诸多领域均得到应用，主要归功于膜结构本身的建筑特点。膜结构按结构形式分为骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构，无论哪种形式，其构造均能做到不拘一格。膜结构单体根据周边环境及建筑要求，可做成花瓣状、飞燕状、灯塔状、气泡状等不同样式。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的著光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，使建筑物的体型显现出梦幻般的效果。
然而，我们经常能遇到施工完成的膜结构产生膜面褶皱的情况，严重影响了膜结构的美观。下面就膜结构选材、施工等方面着手分析，提出减少膜结构膜面褶皱的几点建议：
二、从选材方面减少膜面褶皱
材料制作原料不同决定材料的性质不同，我们在设计方案的时候就需要考虑选取材料的力学性能，使材料达到设计要求而不至于使结构变形或破损。
1、PTFE膜材是在超细玻璃纤维织物上涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。这种膜材有较好的焊接性能，有优良的抗紫外线、抗老化性能和阻燃性能。但由于玻璃纤维基材具有脆性，湿、热环境对其力学性能有一定的影响，在拉力和紫外线的作用下会有较大徐变，容易形成膜面褶皱，所以，选择PTEF玻璃纤维膜材一般在室内或者环境适宜的情况下采用。
2、PVC建筑膜材开发和应用得比较早，通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2mm，一般涂层不会太厚，达到使用要求即可。PVC本身不耐老化，多用于临时建筑。
3、ETFE建筑膜材由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，而且机械强度高，加工性能好。近年来，ETFE膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。这种膜材透光性特别好，号称“软玻璃”，质量轻，只有同等大小玻璃的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达200℃；可有效的利用自然光，节约能源，有良好的声学性能。ETFE膜材可用于各类建筑膜结构。
三、从结构加工方面减少膜面褶皱
结构加工主要分为支撑结构加工和膜面的加工。支撑结构一般为钢结构，其加工步骤为：下料—按图放样—制作胎具—设备弯曲—组拼弧管—确定分段处—按节点点固支杆—施焊A面—检查焊缝质量—按段翻身—施焊B面—检查焊缝质量—工地现场拼装—涂刷面漆—检查焊缝质量。
1、从钢结构加工方面减少膜面褶皱
下料：材料经抛丸除锈后在相贯切割机上下料，并清理切口处腐渣，准备拼接使用。切割后的杆件均要有坡口。对加强节点处的材料，除按长度切割外，延轴线方向切开，以便于安装。
放样：放样要严格按图纸进行，放样时应给予注意。注意，放样是在已准备的胎具基面上进行。
胎具准备：胎具由T=16mm厚的钢板组成，宽度与钢管宽度相配，为节约钢板，两行钢板可用槽钢支撑连为一体。组拼弧管要求钢管管径足够大，壁厚有12mm、10mm等。组拼处的焊缝质量为一级，焊缝钝边间隙为2--4 mm，坡口角度为40度，对接处不论等截面还是变截面均要衬管。施焊时要严格按照焊接工艺进行。每焊一道都要把焊道清理干净，以确保一级焊缝质量。
点固焊：点固支管前，把放样的节点转移到上下弦杆的表面，并按杆件的编号进行点固。点固焊一般是从中间向两端扩展。点固焊间距在50～100 mm左右，焊点长度为30 mm。
焊接：焊接时要严格按照焊接工艺规范执行。相贯处和对接处打底应尽量选用CO2气体保护焊，面层可选用手工焊。
焊缝检查：所有对接焊缝按一级焊缝进行检查，要求开坡口的角焊缝也要进行检查，检查时除检查焊缝外观外，还要进行超声波检查，如发现焊缝不合格，应进行返修。
工地拼接：工地拼接时拼接处要加衬管，并要通过支撑使整个桁架找平，借助手拉葫芦等工具使焊缝处符合图纸要求后再进行点固焊，然后正式施焊。支撑要有一定高度，以便于全方位焊接。
2、从膜面加工方面减少膜面褶皱
技术准备：收集技术资料，设计膜的裁剪加工工艺生产流图。
生产准备：根据工程材料表编制采购计划，生产作业计划，采购来的原材料必须有产品合格证，并经质验部门对原材料抽样复验，确认合格后方可投入生产制作及施工，由于膜材料为进口材料所以此项工作所需的时间比较长。
生产制作：严格按计算机提供的切割模型完成，并考虑膜材料的双向拉伸性,膜的裁剪和复合处理，应保证材料的均匀性和无残缺,膜的搭接要保证高频焊接的尺寸以保证其拉伸强度，搭接时要注意加筋补强。
3、从索具加工方面减少膜面褶皱
技术准备：收集技术资料，算出索具的加工下料长度及编制出其加工工艺过程。
生产准备：根据工程材料编制采购计划，生产作业计划，采购来的原材料必须有产品合格证，并经质检部门对原材料抽样复验。
试验检测：生产加工前应对钢丝绳进行相应试验，测试其是否有稳定的抗拉强度和弹性模量，并符合有关标准，以掌握材料的性能。
生产加工：索具的加工要保证其精度要求，即在制作前应试行初次拉伸，保证达到设计要求，加工完毕后也要试拉，以保证质量要求。
四、从结构安装减少膜面褶皱
结构安装主要为支撑结构的安装和膜面的安装，安装步骤为：校验钢架尺寸—焊接连结件—地面展膜连接配件—反叠膜片—吊装—打开膜片—张拉—定位—调整。
1、校验钢架尺寸：检查现场的机器设备是否安全，检查钢结构上的中心楔眼是否与膜布的模型相吻合。
2、焊接连结件：焊接连接件，并清理焊渣，打磨焊瘤。
3、地面展膜连接配件：把膜布打开放在清洁的防潮布上，把膜对折在半个纵带上，然后夹住膜布使其成自由状，膜材临时就位，保证所有的调整都有利，把索系在较低的底部，以保证绳索系索具的末端，插入边缘绳索，与膜布相配合，把绳索系在膜布的角上，把绳索系在较高点的一头，让这些绳索超过膜布，使钢结构上的插销与膜布上的金属板相配合，检查所有的插销是否达到了设计上的要求，检查所有的支索、设备及附件是否爪确。
4、铺膜：将膜吊至铺装位置，用索扣固定牢固，保持织物的松持状态，将松散的膜和脊索分别拉至四周的接点处，连接四周的接点板并安装索扣将其固定牢固。注意膜保持在松持的状态。
5、拉定位：检查接触表面、所有的钢膜结构部位是否连接牢固，将膜铺至指定位置，同时注意配合协调，保持其稳定性，完毕后，用索扣将其牢固固定，最后戴上压条。
6、调整：安装就位后调整。
膜结构范文3
关键词：膜结构；膜材；建筑
Abstract: the membrane structure is a structure of newly developed a kind of form. After decades of development, membrane structure has become a main scheme of structure design, type selection, and gradually applied to the gym, shopping mall, exhibition center, traffic service facilities such as the construction of large span.
Key words: membrane structure; Membrane material; building
中图分类号：F407.9文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
膜结构是一种以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成的具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。
1膜结构概述
1．1 膜材
膜结构能大量推广应用的基础是材料问题的解决，其应用的高强度柔韧薄膜称膜材。现阶段主要应用的两种膜材涂敷聚四氟乙烯（PTFE）的玻璃纤维织物和涂敷聚氯乙烯（PVC）的聚脂织物具有质地柔韧、厚度小、重量轻、透光性好等特点，对自然光吸收和透射能力、阻燃，具有良好的耐久、防火、气密等特性；表面经过氟素处理或二氧化钛处理的膜材料抗老化性能好，具有较高的自清洁性能。
1．2 膜结构的特点
建筑造型优美：膜结构的突出特点之一就是它形状的多样性，新颖美观的曲面造型，简洁明快，且色彩丰富，打破了纯直线建筑风格的模式，给人以耳目一新的感觉。
适合覆盖大跨度空间：膜材料每平方壹公斤左右，由于自重轻，加上钢索、钢结构高强度材料的采用，与受力体系简洁合理，使膜建筑可以不需要内部支撑面大跨度覆盖空间，这使人们可以更灵活地设计和使用建筑空间。
造价低，工期短：膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的 1/30，这就降低了墙体和基础的造价。同时由于膜建筑奇特的造型和外观效果使其价格效益比更高。膜工程中所有加工和制作依设计均可在工厂内完成，现场只需组装，施工简便，相比传统建筑的施工周期，它几乎要快一倍。
节能环保：膜材有较高的反射性及较低的光吸收低，并且热传导性较低，对太阳热能可反射掉70%，膜材本身吸收了17%，传热13%，而透光率却在20%以上，保证了适当的自然漫散射光照明室内。具有良好的环保性、透光性、节能性。
2膜结构的历史
第一座真正意义上的膜结构建成于1946年，设计者为美国的沃尔特•勃德，这是一座直径为15的充气穹顶。1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议，无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。其中具有代表性的有盖格尔设计的美国馆（137m×7m8卵形），以及川口卫设计的香肠形充气构件膜结构。后来人们认为70年大阪博览会是把膜结构系统地、商业性地向外界介绍的开始。大阪博览会展示了人们可以用膜结构建造永久性建筑。而70年代初美国盖格尔-勃格公司开发出的符合美国永久建筑规范的特氟隆膜材料为膜结构广泛应用于永久、半永久性建筑奠定了物质基础。之后，用特氟隆材料做成的室内充气式膜结构相继出现在大中型体育馆中，1975年在美国密执安州庞提亚克兴建了平面尺寸243.9X183m的银色穹顶，这是第一次将气承式膜结构应用于永久性的大型体育馆。其后在北美地区，类似的膜结构就建了9座，其中象美国的明尼阿波利斯和加拿大的温哥华均位于北方地区。虽然象这样的充气结构也发生过几次不愉快的坍塌事故，但是膜结构终于登堂入室，进入永久性建筑的行列。
3膜结构的前景
从多年国内外的实践经验来看，膜结构具有强大的生命力，必将是21世纪建筑结构发展的主流。预计最能发挥膜结构优势的应用领域有：
1.需要自然采光的公共建筑，如体育馆、训练房、展览厅等。
2.轻而而美观的膜结构用于敞开或半敞开建筑物的遮蔽屋盖尤为适宜。
3.各种类型的生产厂房与仓库，其尺寸都比较规则，因而可有用膜结构并加以定型化、商品化。这种建筑有运输、拆装方便的优点，对于紧急救灾或灾后重建也十分有用。
4.在改造原有建筑物时，膜结构的自重轻是很大的优点，可以用来代替传统的屋盖。
4膜结构的应用
现在膜结构的设计有许多方法， 但仍存在许多问题需要解决和研究。比如膜建筑的隔振问题、内部环境问题、屋顶膜材的融雪问题、隔热问题等。还有应将现在的计算理论与计算机相结合并开发相应的软件。在设计过程中，建筑师和结构工程师要坐在一起确定建筑物的形状，并进行必要的计算分析。这时，所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素，一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果。因此，要保证结构的最终成形与设计相一致，除了在设计时更仔细之外，还应保证各部门配合更为协调一致外。
同时，膜结构施工过程中也遇到一些问题。在膜结构中，膜材预张力是确保结构稳定与安全的一个重要因素。在施工现场为了得到设计的平衡状态和形状， 在张拉膜片的过程中，必须把设计预定的膜张力精确地施加到膜材中。这就要求施工人员能随时测量、调整膜张力, 避免出现应力松弛区域和应力集中区域，避免张力过大引起膜材撕裂。另外，膜结构中膜材的一个特性是其张力会随时间发生松弛。如果膜材发生松弛, 就会导致膜面下垂。在风荷载作用下发生抖颤。当这种情况发生时，需要测量膜材中的实际应力，以确定松弛造成的膜张力减退, 再根据测量结果施加、调整膜张力。第一个现代膜结构建成至今已有好几十年了，因此大量已建成的膜结构需要定期进行膜张力松弛检测。为了使膜结构成为一种现代技术, 有必要定量地评测薄膜预张力。所以，研究膜张力的一些检测手段成了当务之急。
结语
随着膜结构技术的不断发展，相信越来越多的膜结构工程会出现在我们身边。解决其在设计和施工中遇到的问题也成为我们下一阶段研究的主要任务之一。随着奥运会和世博会在中国的举办，膜结构建筑也呈现出一派欣欣向荣之象。这正是我国突破现状的良机，不久的将来，膜结构一定会在我国得到够好的发展和应用。
参考文献
膜结构范文4
引 言
作为平衡手段，贮气环节在沼气工程中异常重要。 目前农村户用型沼气池多为水压式结构，通过沼气池内发酵液排出和返回实现用气的调节，不需要专门的储气设备。规模化沼气工程中常采用湿式浮罩贮气柜或钢制高压贮气罐贮气。水压式沼气池的简单储气方式造成沼气压力波动大、发酵池无效空间大、沼气大量溢散等问题（可占总产气量30%～40%）。钢制浮罩和钢丝网浮罩储气装置都存在制作工艺难、使用时间短、代价高等问题，且在冬季时使用受到限制。高压储气对于地面资源有限和沼气长期储存非常有利，但是对于一般农村沼气工程而言价格昂贵且动力控制要求高，制约了其在农村的应用。
本文提供了一种恒压柔性沼气贮气装置，该产品和工艺获国家发明专利，其在户用型和规模化沼气工程中都适用，成本低，运输和安装方便，四季稳定运行，运行时不需要外部动力。
1 技术内容
恒压柔性沼气贮气装置包括一个由高分子复合柔性膜材料加工的可伸缩性低压恒压柔性贮气囊和一套具有灵活机械装置的轻型钢结构的配重导向机构，并辅助维护结构用于囊体保护。
（1）平行多夹层囊腔的增强膜结构气囊
气囊是由上下多个平行相通的囊腔共同构成，充满气体时呈上下垂直叠加多囊腔状态，未充气或放完气体后呈偏平多膜层上下垂直叠加状态，在充气和放气过程中，囊体能够像弹簧一样上下伸缩（见图1）。可以看出该结构保证囊体使用时不产生扭曲变形，减少因扭曲引起的材料疲劳破损；一体化多囊腔，囊腔之间不会相互滑动，运行稳定。囊体为高分子复合增强膜结构，而不是普通的塑料膜，确保囊体的使用寿命。
（2）内力自调节配重导向机构
配重导向机构是由分布于四角的导向杆框架以及位于气囊顶部的配重板组成，配重板通过位于四角的导向轮受导向杆制约（见图2）。导向杆框架和配重板都是轻型钢结构，导向轮具有内力调节机构，其设计基于科学的内力计算，实现气囊使用中配重的平稳升降，确保气压的稳定。
在以上导向配重的制约下，储气和用气过程中气体经气嘴流入或流出气囊， 通过中间隔膜上的中心孔在各夹层之间串通。囊体在充气时呈上下垂直叠加的多囊腔状态，未充气或放完气体后呈偏平的多膜层上下垂直叠加状态，在充气和放气过程中，囊体能够像弹簧一样上下伸缩，囊内气压在配重设备的作用下保持相对恒定，并且不产生扭曲变形，囊腔之间不会相互滑动。此外，由于导向机构的制约，囊体同样不会倾斜（见图3）。
2 与传统产品的经济指标比较
与传统技术比较，恒压柔性沼气贮气装置具有明显优势。 该装置应用于户用沼气池，可以做到：（1）增强发酵池有效容积，提高产气效率；（2）保证供气压力平衡，有利于沼气使用和沼气池结构稳定；（3）杜绝由于频繁水压活动随置换液引发的气体泄漏，进而间接增加产气率高达33%～50%。
用于规模沼气工程可以做到：（1）用户直接购买， 安装技术要求不高；（2）运行不受季节和地区限制，能够在不同地区实现四季稳定运行；（3）在不充气条件下，本产品可以折叠包装，体积小、重量轻、便于运输；（4）在因厂址搬迁等条件下，可以灵活转移再安装应用（具体见表1和表2）。
3 装置技术与沼气装备产业化
（1）促进沼气工程装备化、产业化
目前，国内外沼气工程普遍采用的材料是常规建筑材料，如砖、石和混凝土等，就地建造。这类沼气池技术要求高，特别是密封工艺，技术非常复杂，需要专业人员施工，质量可变性因素较大。常规建筑材料质量大，密封黏结材料自身的凝固期长，建设所需劳动强度大，且建设周期长。尤其在偏远地区和山区，由于交通问题，材料很难运输，建设起来更有难度。
本装置可以工厂化、标准化，生产质量可靠，现场安装操作简便， 根本扭转了传统产品在技术上的缺陷，实现了沼气工程的装备化，使沼气技术产业化推广成为可能，并且可以增强其在国际市场的占有能力。
（2）装备自身实现可回收
膜结构范文5
关键词：张拉膜结构，弹性支承，协同找形分析
Abstract：Whether to consider cooperative form-finding analysis of tension membrane structure with elastic support, which is one of difficulties in designing cable-membrane structure. According to the simple examples and project in practice, to comparative analysis the necessity of cooperative form-finding analysis, some conclusions are given as a reference for designers.
Keyword：Tension membrane structure; Elastic supporting; Cooperative Form-finding Analysis;
中图分类号：F121.3文献标识码：文章编号：
在《膜结构技术规程》[1] CECS 158:2004中规定：“对于可能产生较大位移的支承点，在计算中应考虑支座位移的影响，或与支承结构一起进行整体分析”。因此，研究支承式膜结构找形过程中支承结构与膜结构之间的相互协调作用的问题，具体十分重要意义。
1、弹性构件支承的张拉膜结构边界常见处理方法
弹性构件支承的张拉膜结构在找形分析阶段，对边界支承点的处理方法主要有以下两种：
（1）将膜结构边界支承点看成固定点，不考虑下部支承体系变形对膜结构初始形态的影响。由于没有考虑外部支承结构变形对索膜预应力态的影响，可能导致膜结构出现一定的误差，特别是作为支承体系的索杆结构较柔性时，会导致膜结构刚安装完毕就出现膜褶皱现象的发生。
（2）将膜结构和支承体系分离，通过公共节点的位移协调完成膜结构的找形分析。其设计过程如下：首先将膜结构控制点看成固定点进行膜结构找形分析；然后把得到的支座反力传给支承体系，进行索杆结构的内力计算；然后根据支承体系的位移计算结果，对膜结构边界进行调整，然后再次对膜结构进行找形，再把得到的支座反力传给下部支承体系。经过几次反复调整，得到较为理想的索杆膜结构形态。这种设计分析方法，虽然考虑了下部支承体系变形对膜结构找形分析的影响，理论上解决了膜结构褶皱问题，但是该方法找形效率比较低，需要人工反复修改支承条件，效率较低。
2、张拉膜协同找形的比较分析
目前，对于索杆与梁柱混合支承的张拉膜协同找形分析的文献不多，笔者曾对基于力密度法的索杆梁膜协同找形[2]进行过初步探索。本文在此基础上，通过通用有限元分析软件ANSYS、文献[2]编写的MFFAP程序及其他膜结构设计软件，对简单算例及实际工程进行计算比较，得出一些可供参考的结论。
2.1 膜结构设计主要参数的选取
在膜结构工程中，张拉膜曲率一般1/8～1/20，膜材的预应力水平一般为破坏应力的1%～5%，工作应力不大于破坏应力的15%，A类膜（PTFE/GF），玻璃纤维织物膜无支承净跨度一般不大于20～25m，经纬向预张力一般为4～8kN/m；C类膜（PVC/PES），聚酯类织物膜无支承净跨度一般不大于15～20m，经纬向预张力一般为1～4kN/m。为便于制作安装和结构受力，张拉膜曲面面积一般应小于500～1000m2。膜结构的边缘索曲率一般1/8～1/12，特殊情况可1/5～1/15。张拉索应力一般为55%的屈服应力[4]。
2.2 算例1柱支承张拉膜结构找形计算
一个柱支承的马鞍形张拉膜结构，膜支承点坐标为（-5，0，4）、（0，5，0）、（5，0，4）、（0，-5，0），膜面经纬向初始预张力，膜柔性边索初始预张力均为30kN。钢柱高4m，采用Q235B圆钢管，取不同截面数据进行对比计算：Case 1：P200×10；Case 2：P250×10；Case 3：P300×10；Case 4：P350×10；Case 5：P400×10；Case 6：P600×10；为对比计算结果，Case 7：不考虑位移协同进行找形分析。
图2-1-1为MFFAP程序对（Case 1）找形后的平衡形态，其他各种情况与此相同，只是在柱膜公共节点处的位移有一些差别。图2-1-2所示为ANSYS程序对（Case 1）找形后平衡形态。在ANSYS中，膜采用shell41单元模拟，并通过降温法对膜施加预张力；索采用link10单元模拟，通过改变单元实常数中的初始应变对索施加预应力；支承柱采用beam189单元模拟。图2-1-3给出了考察点在各种情况下的节点位移变化曲线。
由图2-1-3可知：在考虑位移协同的情况下，随着钢柱抗弯刚度逐渐增大，支承柱自由端节点的位移越来越小，但张拉膜结构对支承点的作用力却越来越大，当钢柱的抗弯刚度足够大的时候（如case6），考虑柱与索膜协同找形的情况下，柱自由端的节点位移趋于零，但此时柱底弯矩最大。
由此可知：对柱支承的张拉膜结构，相对于柱与膜协同找形模型，柱与膜分离找形模型计算出的支座反力更大，因此按此分析模型设计的支承钢结构是偏于安全的，但是，膜实际张拉成形后由于索膜预张力的作用，钢结构支承体系会发生变形，在这种真实受力状态下，索膜的预张力往往达不到设计所要求的应力状态，即分离模型实际上高估了膜的初应力水平。
图2-1-1 MFFAP程序对算例1的找形分析结果
图2-1-2 ANSYS程序对算例1的找形分析结果
图2-1-3考察点的节点位移对比(m)
2.3 算例2钢桁架支承张拉膜结构找形计算
某停车场遮阳雨棚，采用弹性构件支承膜结构。本工程膜结构采用PTFE膜材，钢材采用Q345B，悬挑杆件截面P194×12，其余杆件截面P152X10。膜材的初张力为3kN/m，索预拉力值30kN。分别按照协同找形、非协同找形进行找形分析，考察钢构件和膜材交接点（图2-2-1考察点位置）的位移以及钢构件的受力状态。
由于“非协同找形”认为膜结构支座为不动点，故考察点位置位移为0mm；按协同找形的方法，考察点位置的最大位移为24.6mm。为对比计算结果，在悬挑端部增设用于平衡膜边索预拉力的水平压杆，重新进行协同找形分析，此时考察点的最大位移仅为4.3mm。对比“非协同找形”和“协同找形”的支承构件的内力，“非协同找形”的杆件应力比 “协同找形”相同位置处杆件的应力大。
根据计算结果可知：（1）膜初始态下膜初张力，采用非协同找形方法计算结果比实际值大。若按非协同找形方法确定的初始态进行后续荷载分析、裁剪分析，按此设计进行施工，将导致膜材出现褶皱现象，风荷载作用下膜材变形较大，膜材容易出现撕裂；（2）在膜结构找形分析前，可将索膜预张力作用在钢结构上，初步估算支承膜边界的钢结构节点的位移，根据此结果可初步判断进行协同找形的必要性。（3）按“非协同找形”方法对支承钢结构设计时偏于安全的。
图2-2-1 找形分析后膜结构初始态
图2-2-2找形分析后悬挑端局部变形图
3、本文结论
本文针对弹性支承构件与膜结构的协同找形的必要性，根据自编程序、膜结构设计软件和通用有限元程序，结合工程实际，进行了初步探讨。根据本文的计算结果，初步得到以下结论：
对于柱支承或钢结构骨架支承的张拉膜结构，按非协同找形分析结果对支承钢结构进行设计是偏于安全的。但是，膜实际张拉成形后，由于钢结构支承体系会发生变形，索膜的预张力往往达不到设计所要求的应力状态。因此，当张拉膜的支承体系设计的比较纤细的时候，对膜结构进行协同分析是十分有必要的。
参考文献
[1] CECS158, 膜结构技术规程 [S]. 北京: 中国计划出版社, 2004
[2] 曾乐元. 弹性构件支承的张拉膜结构整体协同找形分析[D]. 广州: 华南理工大学硕士学位论文, 2009
膜结构范文6
关键词：大空间；建筑结构；张拉膜结构；受力特征；构造体系
张拉膜结构是当前建筑工程项目中一个全新的空间结构体系，其伴随科技的进步施工日益成熟。这一结构无论是从工程的施工工艺、材料特性、结构受力特征哪一方面分析，与传统的大空间覆盖结构体系逐渐都存在着明显的区别。为此，在这里我们有必要对工程结构的受力体系，受力特点和构造情况进行研究和分析。
一、张拉膜结构概述
张拉膜结构是目前建筑工程项目中较为常见的工程结构之一，其在施工中是由稳定性好、支撑桅杆体系可靠的施工优势。在目前的工程项目中，它主要是由抹面、支撑桅杆体系以及索结构等多个环节组成的。
1.张拉膜结构组成
张拉膜结构是由表面膜布、基层共同组成的，其中膜布主要是化学纤维织物薄膜生产的，其又分为了基层化学纤维织物和外层化学纤维织物两种。基层化学纤维织物主要是以玻璃纤维为主构成的，它最大的作用在于决定着整个膜结构的力学特性、材料的抗拉强度等；其中外层膜层主要是由有机硅树脂组成的，它主要是用来解决材料半身存在的物理性质，提高材料的耐火、防水以及耐久性的作用。一般来说，张拉膜结构的整体性都是有膜布特性决定的，它既是结构的主要原材料，也是工程结构的主要维护材料，是一个将自由曲线的造型、透明质感有机统一起来，然后进行工作的结构维护材料。
2、张拉膜结构的作用
张拉膜结构是依靠膜材自身的张拉应力与支撑杆、拉索共同组成的一个结构体系，在阳光的照射下它可以反射出建筑结构的阳光要求，是一个充满着自然光，不存在任何强反差的着光面。同时，这一结构的应用使得室内空间视觉效果极为良好，有着开阔视野和和谐结构的优势。在夜间，建筑物内的灯光通过膜材结果投射到夜空中，从而使得建筑物体型美观变的更加突出和明显。在现代化建筑工程项目中，张拉膜结构的应用极为广泛，特别是城市标志性建筑结构屋顶施工中，更为常见。
二、张拉膜结构受力特征分析
膜结构是现代化建筑工程施工技术应用基础上形成的一种结构形式，它以性能优良为代表，以组织结构科学为前提构成的，是利用空气压力支撑膜面为基础，或者是利用柔性钢索、刚性支撑结构将面层绷劲而形成的一种具备着一定刚度、能够覆盖大空间、大跨度、大开间结构面的一种结构体系。张拉膜结构在现代化建筑工程项目中应用极为广泛，已成为结构设计和选型工作中的主要方案。
1、张拉膜结构强度、刚度与稳定性分析
膜布是一个由横向、竖向相互交错的纤维织物组成的，由于纤维织物本身是一个柔性材料，是一个自身强度好且依靠着张拉力产生的刚度、稳定性好的预应力静态结构。为此其在应用中存在着良好的刚度、强度和稳定性。同时膜布结构在平衡状态下存在着两个突出的作用，一个是凸出，另外一个是凹下，而纤维股则刚好是一个方向上与这两边平行的模式，应对这些问题在工作中必须要考虑其平衡状态稳定性要求。
2、张拉膜基本形态分析
张拉膜结构由于膜受到张拉是一个空间受力状态，其形态是空间上的自由曲面形态。这种形态在数学上定义是一个双曲抛物面，从根本上改变了传统建筑物基于压力学原理上的空间、形态特征分布，是张拉作用下的一个直线型工作形态模式。自从1970年代以来， 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。 膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。成为化纤纺织品应用的一个重要领域。近年来在中国建筑 结构中也有长足的进展。
三、张拉膜结构体系构造分析
张拉膜结构体系的空间曲面的建筑屋面本身需要具备着良好的稳定性基础，同时要求能够在外荷载的作用下具备优异的结构抵抗能力。张拉膜结构体系是利用钢索或骨架结构悬挂或支撑膜布形成的空间结构体系。其形式在不断发展，根据膜布张拉方式不同，一般分为三类：（1）悬挂式膜结构；（2）支撑式膜结构；（3）悬索穹顶膜结构。其强度、刚度及稳定性的特点，决定界面的围合方式。
1、悬挂式膜结构构造体系
悬挂式膜结构是人们从帐篷结构得到启示发展而来的，利用索网将膜布绷紧作为承重结构，或是利用桅杆（支柱或压杆）将钢索和膜布张挂起来的构造体系。悬挂式膜结构的空间结构特征为在脊索、谷索处和拉索之间均可以形成曲率相反的双曲抛物面形态，形成完整而连续的空间结构。在结构力学中，受拉优于受压，受压优于受弯。拉索充分张拉，支柱充分受压，使材料的力学特性得以充分发挥，最大限度地利用了材料。
2、支撑式膜结构构造体系
支撑式膜结构以刚性支撑（拱、桁架、梁）为骨架，面材采用膜布，充分发挥了不同材料特性而形成的构造体系。支撑膜结构不仅应用了已经成熟的大空间结构技术，而且构造简单，施工方便，是一种膜材与传统大空间结构相结合的结构体系。其具体的空间结构特点为在刚性张拉构件之间膜布形成曲率相反的双曲抛物面，形成相间的空间结构单元。随着技术、材料的发展，拱、桁架、梁的构造方式也在发生变化，其中受拉的构件，正渐渐被拉索取代。更充分地利用了材料，形成了更为轻盈的形体和空间。
3、悬索穹顶膜结构构造体系
悬索穹顶膜结构是近十年发展起来的适用于巨型体育场馆的新型构造体系。由连续的张拉钢索和不连续的压杆构成，荷载从中心环通过放射状的径向脊索，环向拉箍、中间的对角线钢索传向周圈的受压环梁，是一种结构效率极高的全张拉体系，整体索穹顶除少数几根压杆外都处于受拉状态。悬索穹顶膜结构对膜布进行张拉的力学原理是张力结构。张力结构是由拉索和压杆组合成各种形态，索的拉力经过一系列中介压杆而转变方向，使拉索与压杆交织产生空间刚度。
四、结束语
大空间张拉膜结构建筑是膜布、拉索和支撑体所形成的综合体，整体结构遵循膜结构的受力特征，形成合理的构造体系。作为一种大空间覆盖体系，大空间张拉膜结构具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] 朱艳，刘方，蒲清平. 大空间建筑消防安全评估[J]. 重庆建筑大学学报. 2005（02）
[2] 姜海玉. 皮膜在大空间建筑中的应用[J]. 工程建设与设计. 2006（S1）
