索膜結(jié)構(gòu)的組成及材料特性
來源：
揚州市唯美膜結(jié)構(gòu)有限公司 日期：05-26 2578 屬于：公司新聞
1.索膜結(jié)構(gòu)的組成 一個完整的索膜結(jié)構(gòu)一般由三部分組成： 1）形成曲面結(jié)構(gòu)的張拉膜材； 2）用于加強膜面的脊索和谷索，以及將膜內(nèi)力傳向支承結(jié)構(gòu)的邊索； 3）求索膜體系的支架結(jié)構(gòu)。 張拉膜材即作為結(jié)構(gòu)材料，要能夠抵抗一定的荷載而不致引起過大變形。同時為完成作為覆蓋材料所規(guī)定的建筑功能，例如美觀、遮光、防火、耐久等等，還需滿足各種性能要求。所以，選用合適的膜材對于索膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計建造非常重要。 加強索除其對于膜面受力方面的加強作用外，更重要的是起到了改變建筑造型的作用。尤其是谷索和脊索的靈活設(shè)置會給整個建筑帶來奇妙的視覺效果。 支架結(jié)構(gòu)常采用的是鋼結(jié)構(gòu)，也可采用混凝土結(jié)構(gòu)，甚至在某些情況下可以采用木結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)。支架結(jié)構(gòu)除滿足將索膜體系的內(nèi)力傳遞到基礎(chǔ)這一結(jié)構(gòu)要求以外，其形式可以采取變化多樣的形式，以實現(xiàn)不同的建筑造型效果。例如采用獨立柱或柱與拉索的組合可以提供一個獨立支點，這里的柱可以是鋼管柱、桁架柱或混凝土柱，而直梁、桁架拱或環(huán)梁可以提供一系列連續(xù)支點。 通過索膜結(jié)構(gòu)三部分的不同組合、變化，可以形成形式多樣、不拘一格、令人耳目一新的索膜結(jié)構(gòu)。對索膜結(jié)構(gòu)來說，因為這種結(jié)構(gòu)自重輕，荷載低、用材經(jīng)濟，結(jié)構(gòu)上的要求一般是容易滿足的，而形式上的不斷創(chuàng)新是索膜結(jié)構(gòu)這一結(jié)構(gòu)體系的靈魂，這也正是它越來越為更多的人所重視的原因所在。
2. 索膜結(jié)構(gòu)的材料和性能 索是受拉單元的統(tǒng)稱。索的核心分為有機纖維和金屬兩類。一般工程用索為全鋼索，典型的有：高強鋼棒、索心索、股鋼核心索等 工程結(jié)構(gòu)用索的柔性要求不高，所以鋼索一般采用較粗的線材制造。鋼索的彈性模量一般在147KN/mm2——170 KN/mm2，線膨脹系數(shù)一般在3.9×10-6mm/mm*℃。結(jié)構(gòu)用索的另一個重要參數(shù)是索的密實系數(shù)。密實系數(shù)是指索中線股總面積和索直徑所對應(yīng)圓面積的比值。密實系數(shù)越大，索的抗拉極限荷載越大。實驗表明，張緊索在工作應(yīng)力σ〈0.55σe（σe為比例極限）的范圍內(nèi)可認為具有恒定的彈性模量，即索是線彈性體。 另外，動力荷載引起的振動效應(yīng)相對于靜荷載而言對索的工作性能更不利，因為振動會使索產(chǎn)生反復(fù)加卸載從而引起松弛。從這個觀點出發(fā)，應(yīng)盡量使工程結(jié)構(gòu)中的索具有較高的工作應(yīng)力。設(shè)計中綜合考慮索的疲勞、松弛等效應(yīng)，一般取安全系數(shù)為5。在這個范圍內(nèi)，根據(jù)實驗結(jié)果，索被認為是線彈性體，并且具有不低于200萬次的疲勞壽命。膜結(jié)構(gòu)采用的薄膜材料，大多采用涂層織物薄膜，分為兩部分，內(nèi)部為基材織物，主要決定膜材的力學(xué)性質(zhì)，提供材料的抗拉強度、抗撕裂強度等。外層為涂層，主要解決膜材的物理性質(zhì)，提供材料的耐火性及防水、自治性等，常用的膜材一般為聚酯織物涂敷聚氯乙烯涂層膜材、玻璃纖維織物涂敷聚四氟乙烯涂層或有機硅樹脂涂層膜材等。膜材的抗拉強度、粘結(jié)強度與抗撕裂強度之間有很大的相關(guān)性?；季幙椌o密的膜材有很高的抗拉強度，但抗撕裂強度相應(yīng)較低，這是由于其很高的彈性模量及基布與涂層間的粘結(jié)強度較大的緣故。高的彈性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘結(jié)作用又阻止了基布和涂層間的滑移，進一步限制了膜材的拉伸延展，這種特性使高抗拉強度膜材實際可用的抗拉強度大大降低，因為在實際工程中，膜材的破壞主要是抗撕裂強度不足引起的撕裂破壞。膜材的疲勞強度比抗拉強度小得多，接縫的強度通常比材料強度小，且由于紫外線的照射會老化、變質(zhì)，因此需對膜材在外部氣候條件下進行性能試驗，進行長期觀測。從經(jīng)濟的角度看，膜材的耐久性還是令人滿意的。微小的損傷可以修補，除稍加清洗改善透光度外，不需其他的養(yǎng)護和維修。
3. 索膜建筑的分類 從結(jié)構(gòu)方式上簡單地概括為張拉式、骨架式、充氣式三大類：
1）張拉式：張拉式索膜建筑可謂索膜建筑的精華和代表。由于其建筑形象的可塑性和結(jié)構(gòu)方式的高度靈活性和適應(yīng)性，此種方式的應(yīng)用極其廣泛。有人又將張拉式再分為索網(wǎng)式、脊谷式等等。張拉式索膜體系富于表現(xiàn)力、結(jié)構(gòu)性能強，但造價稍高，施工精度要求也高。
2）骨架式：骨架式索膜建筑常在某些
特定的條件下被采用，是由于其結(jié)構(gòu)方式本身的局限性：骨架體系自平衡，膜體僅為輔助物，膜體本身的強大結(jié)構(gòu)作用發(fā)揮不足等，有人將其稱之為二次重復(fù)結(jié)構(gòu)。骨架方式與張拉方式的結(jié)合運用，?？扇〉酶挥谧兓慕ㄖЧ?。骨架式索膜體系建筑表現(xiàn)含蓄，結(jié)構(gòu)性能有一定的局限性，造價低于張拉式體系。
3）充氣式：充氣式索膜建筑歷史較長，但因其在使用功能上明顯的局限性，如形象單一、空間要求氣閉等，使其應(yīng)用面較窄。但充氣式索膜體系造價較低，施工速度快，在特定的條件下又有其明顯的優(yōu)勢。
2. 索膜結(jié)構(gòu)的材料和性能 索是受拉單元的統(tǒng)稱。索的核心分為有機纖維和金屬兩類。一般工程用索為全鋼索，典型的有：高強鋼棒、索心索、股鋼核心索等 工程結(jié)構(gòu)用索的柔性要求不高，所以鋼索一般采用較粗的線材制造。鋼索的彈性模量一般在147KN/mm2——170 KN/mm2，線膨脹系數(shù)一般在3.9×10-6mm/mm*℃。結(jié)構(gòu)用索的另一個重要參數(shù)是索的密實系數(shù)。密實系數(shù)是指索中線股總面積和索直徑所對應(yīng)圓面積的比值。密實系數(shù)越大，索的抗拉極限荷載越大。實驗表明，張緊索在工作應(yīng)力σ〈0.55σe（σe為比例極限）的范圍內(nèi)可認為具有恒定的彈性模量，即索是線彈性體。 另外，動力荷載引起的振動效應(yīng)相對于靜荷載而言對索的工作性能更不利，因為振動會使索產(chǎn)生反復(fù)加卸載從而引起松弛。從這個觀點出發(fā)，應(yīng)盡量使工程結(jié)構(gòu)中的索具有較高的工作應(yīng)力。設(shè)計中綜合考慮索的疲勞、松弛等效應(yīng)，一般取安全系數(shù)為5。在這個范圍內(nèi)，根據(jù)實驗結(jié)果，索被認為是線彈性體，并且具有不低于200萬次的疲勞壽命。膜結(jié)構(gòu)采用的薄膜材料，大多采用涂層織物薄膜，分為兩部分，內(nèi)部為基材織物，主要決定膜材的力學(xué)性質(zhì)，提供材料的抗拉強度、抗撕裂強度等。外層為涂層，主要解決膜材的物理性質(zhì)，提供材料的耐火性及防水、自治性等，常用的膜材一般為聚酯織物涂敷聚氯乙烯涂層膜材、玻璃纖維織物涂敷聚四氟乙烯涂層或有機硅樹脂涂層膜材等。膜材的抗拉強度、粘結(jié)強度與抗撕裂強度之間有很大的相關(guān)性?；季幙椌o密的膜材有很高的抗拉強度，但抗撕裂強度相應(yīng)較低，這是由于其很高的彈性模量及基布與涂層間的粘結(jié)強度較大的緣故。高的彈性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘結(jié)作用又阻止了基布和涂層間的滑移，進一步限制了膜材的拉伸延展，這種特性使高抗拉強度膜材實際可用的抗拉強度大大降低，因為在實際工程中，膜材的破壞主要是抗撕裂強度不足引起的撕裂破壞。膜材的疲勞強度比抗拉強度小得多，接縫的強度通常比材料強度小，且由于紫外線的照射會老化、變質(zhì)，因此需對膜材在外部氣候條件下進行性能試驗，進行長期觀測。從經(jīng)濟的角度看，膜材的耐久性還是令人滿意的。微小的損傷可以修補，除稍加清洗改善透光度外，不需其他的養(yǎng)護和維修。
3. 索膜建筑的分類 從結(jié)構(gòu)方式上簡單地概括為張拉式、骨架式、充氣式三大類：
1）張拉式：張拉式索膜建筑可謂索膜建筑的精華和代表。由于其建筑形象的可塑性和結(jié)構(gòu)方式的高度靈活性和適應(yīng)性，此種方式的應(yīng)用極其廣泛。有人又將張拉式再分為索網(wǎng)式、脊谷式等等。張拉式索膜體系富于表現(xiàn)力、結(jié)構(gòu)性能強，但造價稍高，施工精度要求也高。
2）骨架式：骨架式索膜建筑常在某些
特定的條件下被采用，是由于其結(jié)構(gòu)方式本身的局限性：骨架體系自平衡，膜體僅為輔助物，膜體本身的強大結(jié)構(gòu)作用發(fā)揮不足等，有人將其稱之為二次重復(fù)結(jié)構(gòu)。骨架方式與張拉方式的結(jié)合運用，?？扇〉酶挥谧兓慕ㄖЧ?。骨架式索膜體系建筑表現(xiàn)含蓄，結(jié)構(gòu)性能有一定的局限性，造價低于張拉式體系。
3）充氣式：充氣式索膜建筑歷史較長，但因其在使用功能上明顯的局限性，如形象單一、空間要求氣閉等，使其應(yīng)用面較窄。但充氣式索膜體系造價較低，施工速度快，在特定的條件下又有其明顯的優(yōu)勢。
