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張拉膜結(jié)構(gòu)的膜材分類

2015-04-09 15:59  建設(shè)工程教育網(wǎng)整理  【  【打印】【我要糾錯】

  目前建筑膜材廣泛認可的標(biāo)準是日本JISA-93所規(guī)定的A、B、C三類,是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來劃分的。

  A類:

  A類最好,以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成;

  B類:

  B類次之,以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成;

  C類:

  C類是三類中最次的,以聚酯(滌綸)織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分,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)、橡膠等。

  PTFE建筑膜材:

  PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能,有優(yōu)良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外,其防污自潔性是所有建筑膜材中最好的,但柔韌性差,施工較困難,成本也十分驚人。在蓋格公司領(lǐng)導(dǎo)下,美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公司共同開發(fā)永久性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中,使織物兩面皆有均勻的特氟隆,使永久性的PTFE膜正式誕生。此后永久性膜結(jié)構(gòu)正式在美國風(fēng)行,許多學(xué)者對膜結(jié)構(gòu)進行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結(jié)果表明,這種膜材的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)只下降了20%~30%,顏色也幾乎沒變,膜的表層光滑,具有彈性,大氣中的灰塵、化學(xué)物質(zhì)微粒極難附著與滲透,經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性,這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。目前國外對這種膜材的開發(fā)和應(yīng)用比較成熟,生產(chǎn)廠家也很多,如德國Mehler公司、Verseidag公司,日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業(yè)株式會社、美國Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。

  玻纖PVC建筑膜材:

  這種膜材開發(fā)和應(yīng)用得比較早,通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點上的厚度不能少于0.2mm,一般涂層不會太厚,達到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能,涂層時常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑,淺色透明產(chǎn)品宜加一定量的紫外吸收劑,深色產(chǎn)品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法,可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧,用云母或石英來防止表面發(fā)粘和沾污。

  玻纖有機硅樹脂建筑膜材:

  有機硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點,該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量,另外還具有良好的透光性。美國歐文斯克寧公司開發(fā)的Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的,目前這種膜材應(yīng)用的不多,生產(chǎn)廠家也較少。

  玻纖合成橡膠建筑膜材:

  合成橡膠(如丁腈橡膠,氯丁橡膠)韌性好,對陽光、臭氧、熱老化穩(wěn)定,具有突出的耐磨損性、耐化學(xué)性和阻燃性,可達到半透明狀態(tài),但由于容易發(fā)黃,故一般用于深色涂層。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價太高,一般的建筑考慮到成本和性能兩方面,很少選用這種膜材,目前國外的生產(chǎn)廠家也不多。

  ETFE建筑膜材:

  由ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性,而且機械強度高,加工性能好。近年來,ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢和市場前景。這種膜材透光性特別好,號稱“軟玻璃”,質(zhì)量輕,只有同等大小玻璃的1%;韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂,延展性大于400%;耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強,熔融溫度高達200℃;可有效的利用自然光,節(jié)約能源;良好的聲學(xué)性能。自清潔功能使表面不易沾污,且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物,清潔周期大約為5年。另外,ETFE膜可在現(xiàn)成預(yù)制成薄膜氣泡,方便施工和維修。ETFE也有不足,如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣,維護費用高等,但是隨著大型體育館、游客場所、候機大廳等的建設(shè),ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。目前生產(chǎn)這種膜材的公司很少,只有ASAHIGLASS(AGC)、日本旭硝子、德國科威爾等少數(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材,這種膜材的研發(fā)和應(yīng)用在國外發(fā)達國家也不過十幾年的歷史。

  包括內(nèi)容:

  1,初始態(tài)分析:確保生成形狀穩(wěn)定、應(yīng)力分布均勻的三維平衡曲面,并能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反復(fù)修正的過程。

  2,荷載態(tài)分析:張拉膜結(jié)構(gòu)自身重量很輕,僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/5,混凝土結(jié)構(gòu)的1/40;因此膜結(jié)構(gòu)對地震力有良好的適應(yīng)性,而對風(fēng)的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少,故對膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計通常采用安全系數(shù)法。

  3,主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定,及對支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當(dāng)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法與膜結(jié)構(gòu)不同時,應(yīng)注意不同設(shè)計方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。

  4,連接設(shè)計:包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。

  5,剪裁設(shè)計:這一過程應(yīng)具備必要的試驗數(shù)據(jù),包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值(應(yīng)通過雙軸拉伸試驗確定)。

  膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問題有:

  1,預(yù)張力的大小及張拉方式;

  2,根據(jù)控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式;

  3,考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪);

  4,關(guān)鍵節(jié)點的設(shè)計,以避免應(yīng)力集中;

  5,考慮膜材的運輸和吊裝;

  6,耐久性與防火考慮。

  在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計階段所要考慮的要點有:

  1,保證膜面有足夠的曲率,以獲得較大的剛度和美學(xué)效果;

  2,細化支承結(jié)構(gòu),以充分表達透明的空間和輕巧的形狀;

  3,簡化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點,降低現(xiàn)場施工量。

  膜結(jié)構(gòu)研究的主要問題有:

  1,找形(Form-finding)或更進一步叫“形態(tài)理論”;

  2,考慮膜材松弛和各向異性下的結(jié)構(gòu)響應(yīng);

  3,結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動力穩(wěn)定性;

  4,裁剪優(yōu)化;

  5,膜與索及支承結(jié)構(gòu)間的相互作用。

責(zé)任編輯:tufangss
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