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银川张拉膜结构的膜材分类
 

  宁夏银川建筑膜材广泛认可的标准是日本JISA-93所规定的A、B、C三类,是根据其防火性能的优劣来划分的。

  A类:

  A类最好,以玻璃纤维织物为基材涂PTFE而成;

  B类:

  B类次之,以玻璃纤维织物为基材涂PVC而成;

  C类:

  C类是三类中最次的,以聚酯(涤纶)织物为基材涂PVC而成。按涂层材料分,有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、橡胶等。

  PTFE建筑膜材:

  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。另外,其防污自洁性是所有建筑膜材中最好的,但柔韧性差,施工较困难,成本也十分惊人。在盖格公司领导下,美国的杜邦公司、康宁玻纤公司、贝尔德建筑公司、化纤织布公司共同开发永久性膜材。其加工方法是把玻纤织物多次快速放入特氟隆熔体中,使织物两面皆有均匀的特氟隆,使永久性的PTFE膜正式诞生。此后永久性膜结构正式在美国风行,许多学者对膜结构进行了深入的研究。20年后跟踪检测结果表明,这种膜材的力学性能与化学稳定性指标只下降了20%~30%,颜色也几乎没变,膜的表层光滑,具有弹性,大气中的灰尘、化学物质微粒极难附着与渗透,经雨水冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性,这足以显示出PTFE膜材的强大生命力和广阔的市场前景。目前国外对这种膜材的开发和应用比较成熟,生产厂家也很多,如德国Mehler公司、Verseidag公司,日本Taiyoko-gyo公司、中兴化成工业株式会社、美国Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。

  玻纤PVC建筑膜材:

  这种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。为提高PVC本身耐老化性能,涂层时常常加入一些光、热稳定剂,浅色透明产品宜加一定量的紫外吸收剂,深色产品常加炭黑做稳定剂。另外对PVC的表面处理还有很多方法,可在PVC上层压一层极薄的金属薄膜或喷射铝雾,用云母或石英来防止表面发粘和沾污。

  玻纤有机硅树脂建筑膜材:

  有机硅树脂具有优异的耐高低温、拒水、抗氧化等特点,该膜材具有高的抗拉强度和弹性模量,另外还具有良好的透光性。美国欧文斯克宁公司开发的Vestar膜材就采用这种树脂对玻璃纤维布涂覆而制成的,目前这种膜材应用的不多,生产厂家也较少。

  玻纤合成橡胶建筑膜材:

  合成橡胶(如丁腈橡胶,氯丁橡胶)韧性好,对阳光、臭氧、热老化稳定,具有突出的耐磨损性、耐化学性和阻燃性,可达到半透明状态,但由于容易发黄,故一般用于深色涂层。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纤维织成的基布两面贴上氟树脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造价太高,一般的建筑考虑到成本和性能两方面,很少选用这种膜材,目前国外的生产厂家也不多。

  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;良好的声学性能。自清洁功能使表面不易沾污,且雨水冲刷即可带走沾污的少量污物,清洁周期大约为5年。另外,ETFE膜可在现成预制成薄膜气泡,方便施工和维修。ETFE也有不足,如外界环境容易损坏材料而造成漏气,维护费用高等,但是随着大型体育馆、游客场所、候机大厅等的建设,ETFE更突显自己的优势。目前生产这种膜材的公司很少,只有ASAHIGLASS(AGC)、日本旭硝子、德国科威尔等少数几家公司可以提供ETFE膜材,这种膜材的研发和应用在国外发达国家也不过十几年的历史。

  包括内容:

  1,初始态分析:确保生成形状稳定、应力分布均匀的三维平衡曲面,并能够抵抗各种可能的荷载工况;这是一个反复修正的过程。

  2,荷载态分析:张拉膜结构自身重量很轻,仅为钢结构的1/5,混凝土结构的1/40;因此膜结构对地震力有良好的适应性,而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于目前观测资料尚少,故对膜结构的设计通常采用安全系数法。

  3,主要结构构件尺寸的确定,及对支承结构的有限元分析。当支承结构的设计方法与膜结构不同时,应注意不同设计方法间的系数转换。

  4,连接设计:包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。

  5,剪裁设计:这一过程应具备必要的试验数据,包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值(应通过双轴拉伸试验确定)。

  银川膜结构在方案阶段需要考虑的问题有:

  1,预张力的大小及张拉方式;

  2,根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式;

  3,考虑膜面及其固定件的形状以避免积水(雪);

  4,关键节点的设计,以避免应力集中;

  5,考虑膜材的运输和吊装;

  6,耐久性与防火考虑。

  在银川膜结构设计阶段所要考虑的要点有:

  1,保证膜面有足够的曲率,以获得较大的刚度和美学效果;

  2,细化支承结构,以充分表达透明的空间和轻巧的形状;

  3,简化膜与支承结构间的连接节点,降低现场施工量。

  银川膜结构研究的主要问题有:

  1,找形(Form-finding)或更进一步叫“形态理论”;

  2,考虑膜材松弛和各向异性下的结构响应;

  3,结构在风荷载作用下的动力稳定性;

  4,裁剪优化;

  5,膜与索及支承结构间的相互作用。