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膜結構選型與建筑設計、結構設計
2022-08-19 16:04:44 評論：2 點(diǎn)擊：560
膜結構選型 1、除小跨度結構外，膜結構中的膜材總是與其他構件共同承重。目前，國內外對膜結構的形式有很多種不同分類(lèi)方法，尚未統一。本規程按膜材及其相關(guān)構件的受力方式分成四種形式，是一種比較科學(xué)的分類(lèi)方法。 2、整體張拉式膜結構主要由索和膜構成，兩者共同起承重作用，通過(guò)支承點(diǎn)和錨固點(diǎn)形成整體。 3、骨架支承式膜結構由鋼構件（如拱、鋼架）或其他鋼性結構起承重作用，膜材主要起圍護作用。
膜結構選型
1、除小跨度結構外，膜結構中的膜材總是與其他構件共同承重。目前，國內外對膜結構的形式有很多種不同分類(lèi)方法，尚未統一。本規程按膜材及其相關(guān)構件的受力方式分成四種形式，是一種比較科學(xué)的分類(lèi)方法。
2、整體張拉式膜結構主要由索和膜構成，兩者共同起承重作用，通過(guò)支承點(diǎn)和錨固點(diǎn)形成整體。
3、骨架支承式膜結構由鋼構件（如拱、鋼架）或其他鋼性結構起承重作用，膜材主要起圍護作用。
4、索系支承式膜結構主要由索、桿和膜構成，三者共同起承重作用。在通常所稱(chēng)的張拉整體（tensegrity）結構中，如采用膜材，即屬于索系支承膜結構。另外比較流行的索穹頂結構（cabledome）也屬于此類(lèi)。
5、以空氣作為一種支承方式，是膜結構的一個(gè)特點(diǎn)，一般也成為充氣結構，其設計與構造與傳統結構有許多不同之處。
建筑設計
1、膜結構建筑的表現方式與一般建筑有所不同，在建筑單位方案設計階段，就應充分考慮到不同表現方式的相容與協(xié)調，并注意利用膜結構建筑技術(shù)所具有的形象特點(diǎn)，因勢利導。膜結構建筑的方案設計應由建筑師與膜結構工程師共同完成。設計時(shí)首先應考慮膜結構體系的特殊性，從建筑功能和結構受力性能入手，創(chuàng )造出形式完美、構造合理的膜結構建筑。
2、各國對于膜材的耐火等級和防火要求各不相同。一般來(lái)說(shuō)，耐火等級與材料價(jià)格直接有關(guān)。當有條件時(shí)應盡量采用不燃類(lèi)膜材。當永久性建筑采用阻燃類(lèi)膜材時(shí)，尚應根據當地消防部門(mén)的要求采取必要的防火措施。
3、 結構建筑采用的膜材一般均具有透光特性。由于漫射光的作用，膜材覆蓋的空間內將呈現特殊的光學(xué)效果（有明顯光感但無(wú)陰影），建筑設計中應予以合理利用。采用雙層膜構造時(shí)，應考慮到透光率的折減。
4、膜結構建筑的保溫隔熱性能較差，目前已廣泛使用的膜材，自身并不能較好的隔絕外部溫度的影響。單層膜結構僅適用于敞開(kāi)式建筑或氣候較溫和的地區。對于封閉式建筑，應注意采用其他構造方式解決保溫隔熱問(wèn)題。雙層膜構造可以較好的滿(mǎn)足保溫、隔熱要求，兩層之間的空氣隔離層一般為30cm左右，但應注意處理雙層膜內部結露問(wèn)題。
5、膜結構建筑應有足夠的坡度以解決排水問(wèn)題并預防積雪。屋面排水設計從方案階段就應予重視，一面造成重大工程隱患。采取有組織排水式時(shí)，應注意采取對建筑物墻面或地面的防污染措施。
6、從空氣支承膜結構過(guò)去發(fā)生的事故來(lái)看，大部分是在強風(fēng)或大雪時(shí)，膜結構產(chǎn)生大變形而使膜材于內部或外部物體相碰，在接觸點(diǎn)處膜材受到損壞，導致膜結構破壞。因此，膜材與內部、外部物體應保持一定距離，即使在最不利工況下也不應接觸。此外，物體如有尖角、銳角，也應加以防護。
結構設計
1、 國家標準《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068修訂后對結構重要性系數X做了兩點(diǎn)改變：（1）X不僅考慮結構的安全等級，而且考慮了結構的設計使用年限；（2）將原標準X取值中的“等于”改為“不應小于”，使不同投資者對結構安全度設計有更多的選擇余地。對于一般工業(yè)與民用建筑膜結構，其安全等級多為二級，其設計使用年限多為50年，因此其結構重要性系數不應小于1.0；對于設計使用年限為15~25年的易于更換膜材的膜結構，其結構重要性系數可適當降低，取為不小于0.95；對于設計使用年限為5年的臨時(shí)性的膜結構，其結構重要系數可取不小于0.9.應該指出，膜結構下部的鋼或鋼筋混凝土承重結構，其設計使用年限仍可采用50年，當膜結構達到設計使用年限時(shí)，可以更換膜材，從而達到與下部結構同樣的設計使用年限。
2、 本條系根據現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009的規定，對于承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，分別根據不同的設計要求采用不同的荷載組合。結合膜結構的具體情況，按承載能力極限狀態(tài)設計時(shí)，只考慮荷載效應的基本組合，采用荷載設計值和強度設計值進(jìn)行計算，不考慮偶然組合；按正常使用極限狀態(tài)設計時(shí)，只考慮荷載效應的標準組合，采用荷載標準值、組合值和變形限值進(jìn)行計算，不考慮其他組合。
3、本條列出了作用在膜結構上的各種荷載，其中溫度變化、支座不均勻沉降和施工荷載可根據工程具體情況予以考慮，地震作用在本規程第5.1.5條中規律可不考慮。施工荷載可根據工程安裝的特點(diǎn)確定，有時(shí)不僅要考慮均布荷載，還有考慮安裝或檢修時(shí)的集中荷載。
4、目前，我國的膜結構設計都參照國外的設計規范進(jìn)行，荷載組合采用長(cháng)期與短期兩種情況（日本規范稱(chēng)為持久與臨時(shí)荷載），并分別規定了不同的安全系數。由于膜結構受力具有較強的幾何非線(xiàn)性，其各項荷載效應不能進(jìn)行線(xiàn)性組合，因此本條規定采用兩種組合類(lèi)別，其中，第一類(lèi)組合相當于長(cháng)期（持久）荷載組合，第二類(lèi)組合相當于短期（臨時(shí)）荷載組合，并以抗力分項系數進(jìn)行調節。
5、風(fēng)荷載是膜結構的主要荷載。由于膜結構的體型較復雜，而《建筑結構荷載規范》GB50009所提供的建筑體型有限，所以膜結構的風(fēng)荷載體型系數一般需要通過(guò)風(fēng)洞試驗來(lái)確定。當所設計的膜結構為園林景觀(guān)小品或臨時(shí)性建筑時(shí)，可參考以往的工程經(jīng)驗確定風(fēng)荷載體型系數。
6、作為屋面的膜結構多為負高斯曲率曲面，結構上所受的雪荷載一般為非均勻分布，因此應根據不同的曲面形狀、曲率變化調整雪荷載分布系數的取值。
7、膜結構設計中，除了保證結構體系的整體穩定外，還應保證在局部膜片破壞或局部索推出工作時(shí)不致引起結構整體失效。由于膜材在拉力作用下存在松弛、徐變等問(wèn)題，張拉式膜結構在正常使用1~2年后需要進(jìn)行第二次張拉，結構設計時(shí)應考慮兩次張拉對結構整體的影響。
8、由于材料自身存在老化問(wèn)題，各類(lèi)膜材均有一定的使用年限。對于永久性建筑，當膜材達到使用年限或部分膜片在使用期間出現破損時(shí)，需要進(jìn)行更換，這一點(diǎn)在結構整體設計時(shí)宜予以考慮。
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