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膜结构

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张拉膜

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行业新闻

膜结构的发展历史

发布时间:2017-06-14 21:11:10作者:景秀浏览量:441

据考证,帐篷是远古时代人类最早的居所,开始完全用天然材料构筑,如用兽皮、树皮等作帷幕,用石材、树干等作支承,逐渐发展为天然合成材料,如棉纱、毛纺、帆布等。现代膜结构则发展为使用钢材、铝合金、木材等作结构件,用精细化工织物膜或氟化物薄膜作为覆盖帷幕。

 

   膜结构发展可概括为两个方面:膜材发展和膜结构体系发展,两者相互依存、互为促进。膜材发展推动膜结构的发展与广泛应用,并促进新的结构体系诞生;反过来,新的膜结构体系和技术发展,促进新型膜材技术的发展与应用。

 

   1.1.1膜材发展概况

 

   膜材主要是随现代精细化工科技的进步而不断发展。早期的膜材,以聚氯乙烯为表面涂层、聚酯纤维为基布的膜材为主,现称C类膜(PVC/PES),建筑与结构受力性能不理想。同时,以玻璃纤维为基布氯丁橡胶为涂层膜和棉纱天然纤维膜亦有较少应用。

 

   1960年代,玻璃纤维织物膜技术得到发展,并在较大范围应用,但表面涂层材料仍为聚乙烯基类(现称为B类膜)。膜材强度较高、模量大、徐变小,但建筑自洁性、耐久性仍不理想。同期,c类膜材制造技术不断进步,结构与建筑特性逐渐改善。

 

   1970年代初,具有优异建筑性能的聚四氟乙烯(化学名FIFE,商品名Teflon,1938)表面涂层材料由NASA研制成功,同时B纱、DE纱玻璃纤维织物膜技术日趋成熟,使得以玻璃纤维为基布PTFE为涂层的现代织物膜材问世,现称A类膜,并开始工程应用[z]。新型聚酯类纤维(Kevla等)不断被研制,氟化物涂层逐渐应用在c类膜。

 

   1980年代,由于航天科技发展与需求,精细化工技术发展,氟化物纤维(PTFE、FEP、PFA等)、碳纤维(CF)、聚酯纤维(PBO、PET等)等织物膜相继研制问世,这些膜材具有高强、高比强、高模量、耐强辐射、耐原子氧化、性态稳定,但目前主要应用于航空航天、半导体电子工业等特殊领域,很少应用在

 

建筑工程领域。

 

   A类膜材发展趋势:提高柔韧性、改善制成工艺、使用环保材料、增加性价比。c类膜材发展趋势:研制新型高性能合成纤维、改善基布编织工艺、提高受力稳定性,研制新型环保涂层材料,提高建筑自洁性、耐久性。

 

   新型膜材及其应用技术研究是膜结构发展的基石。氟化物热塑性薄膜(ET-FE、THV、FEP等)、相应织物膜材问世和应用技术的解决,促进了新的膜结构技术的发展[9,11]。

 

   虽然目前有众多膜材应用于膜建筑,但以玻璃纤维(B、DE纱)为基布PT-邢为涂层的A类膜材和以聚酯纤维为基布聚乙烯基类为涂层(PVC类,主要为PVDF/PVF/Acrylie)的C类膜材仍然被认为是标准的建筑膜材。

 

   LL2 膜结构体系发展概况

 

   随建筑制作安装技术、计算机、设计数值分析理论与方法的发展,膜结构体系不断演变进化,包括充气膜、张拉膜、以及新型膜结构体系。

 

   (1)气承式充气膜

 

   1917年,英国人W.Lanehester发明了一种充气膜作为野外医院建筑屋面,这是一种安装便捷、造价经济的屋面体系,但他本人并未建成[2]。

 

   1946年,美国人WalterBird建成第一个现代充气膜结构,多谱勒雷达穹顶(DopplerRadome),直径15m,矢高18.3m,采用以玻璃纤维为基布氯丁二烯橡胶为涂层的膜材。1950-1970年间,相继在美国、德国等地建造大量类似穹顶,最大直径达到60mt[2,4]。

 

   1970年,日本大阪世博会(EXPO’70)为膜结构发展提供了契机。因日本多地震,且展馆多位于软土地基,因此,展馆宜采用轻结构体系。由DavidGei—get完成结构设计的美国馆,首次建成了大跨低轮廓(小矢高)气承式膜,平面为139mx78m椭圆,B类膜。

 

   1972-1984年,由David Geiger设计,Birdair公司在美国建成银色穹顶(SilverDome,220mxl59m)等7座大型气承式膜结构,但多数膜穹顶被证明难以有效抵抗恶劣气候条件而维持正常使用。1985年,银色穹顶因强风和暴雪几乎完全毁坏。

 

   1988年,日本建成东京穹顶(ToykoDome)。虽然气承式膜结构技术达到了一个新的台阶,但之后世界各地再也没建造大型气承式公共膜建筑[2,4,10]。

 

   气承式膜结构在索穹顶体系出现之前,创造了一段大跨建筑的辉煌发展史。

 

   (2)气囊式充气膜

 

   与气承式充气膜在大跨建筑取得的成就相比,气囊式充气膜对膜建筑发展以及对大跨建筑的贡献显得“渺小”。EXPO’70日本富士馆为气囊拱构成屋面.