膜结构技术研究和应用进展

膜结构技术研究和应用进展
张其林
(同济大学土木工程学院，上海200092)
[摘要]介绍了近年来国内所开展的膜结构技术的研究内容和进展，包括各类膜结构材料性能的研究、膜结构计算和设计方法的研究、膜结构体系的研究以及膜结构安全性监测系统的研究等，同时介绍了这些研究成果在实际工程中的应用进展，提出了需要进一步研究的相关问题。

内容摘抄：

1 膜结构材料性能和检测方法研究
1．1材料性能研究
目前国内应用的建筑膜材主要包括涂层织物类膜材和热塑化合物类膜材两大类。
涂层织物类膜材是一种非弹性、非线性、各向异性并具有较强黏弹性的复合材料。基层由各种织物纤维编织而成，决定膜材的力学特性。涂层和面层保护基层，且具有自洁、抗污染、耐久性等作用。常见的有外涂聚四氟乙烯的玻璃纤维类膜材(PTFE)和外涂聚氯乙烯的聚酯纤维类膜材(PVC)。

2膜结构计算和设计理论研究
膜结构的找形、荷载态分析和裁剪分析是膜结构设计计算的三个主要内容。
目前，围绕张拉膜结构，国内已经发表了大量的研究力密度法、动力松弛法、有限单元法等数值方法应用于膜结构找形的文献，最新的研究成果能够在找形分析中考虑超大尺度膜结构的自重效应。膜结构荷载态分析的主要方法是有限单元法，鉴于PVC和PTFE膜材均为各向异性材料，必须建立各向异性膜单元有限元以实现较为精确的计算与分析。膜结构荷载态分析中的一个难点是如何考虑荷载作用下的膜材褶皱问题，虽然已有很多文献就这一问题进行了研究，但可供实用的计算方法还很少见。裁剪分析是膜结构分析中一个较为困难的问题，涉及裁剪线的划分和裁剪片的展开。关于测地线裁剪线或平面切割裁剪线的确定方法已经较为成熟，关于裁剪片的展开理论和数值方法也取得了精确而实用的研究成果。

3膜结构体系的研究和应用
传统上，膜结构可分为张拉式(见图4)、框支式(见图5)、充气式(气承式)等。相对而言，前两类膜结构在国内均有较为广泛的应用，充气膜随着ETFE材料的应用也日渐增多。
张拉式膜结构一般指由钢索、聚酯带等软边界构成的膜结构，膜面形状富有变化，通过张拉边索使膜面张紧。框支式膜结构拥有刚性边界，刚性边界可以由钢材、铝合金或木材构成，膜面固定于边界，形状一般比较规则。充气式膜结构则是利用空气压力形成稳定的空间，常见的有气承式和气胀式，ETFE气枕属于气胀式充气膜结构¨。。除此以外，还有一些处于开发阶段的膜结构体系，例如利用弹簧代替空气构成的ETFE弹簧枕式膜结构(见图6)。

4膜结构风致作用效应研究
由于材料的特性，膜结构的重量很轻，这使得膜结构对地震力有良好的适应性，而对脉动风荷载的作用十分敏感，风荷载是膜结构设计的控制荷载。近年来，一些大型膜结构在强风作用下破坏的实例很多，这从一个侧面证明了合理确定膜结构风荷载的重要性和紧迫性[10-11]。图7为三亚美丽之冠的冠顶在台风作用下破坏的图片，图8为江苏宜兴某膜结构因预应力水平过低和节点制作不合理造成的整体失稳和膜片的撕裂。

(略)

投稿会员：可爱莹