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膜結構范文1
【關鍵詞】索膜結構；找形設計；剪裁設計
1概述
索膜結構挑篷[1]，由于采用膜材這種新型材料和很大的跨度，有其比較獨立的設計流程。
索膜結構的設計過程主要有前處理、找形設計、荷載分析、剪裁設計和下部結構設計與驗算五個階段。對于找形設計和剪裁設計，由于膜材大變形和非線形等特殊性質，需要有專門的軟件來進行分析。目前許多膜結構公司都開發出自己專用的膜結構分析軟件，各高校開展這方面研究的也很多。荷載分析這一階段是比較接近于傳統結構的，也常常依賴于大型的有限元結構分析軟件進行計算，包括強度分析、穩定分析、動力分析等。
2、索膜結構挑蓬設計的一般過程
現代索膜建筑的設計過程是把建筑功能、內外環境的協調、找形和結構傳力體系分析、材料的選擇與剪裁集成一體。借助于計算機的圖形和多媒體技術進行統籌規劃與方案設計，再用結構找形、體系內力分析與剪裁的軟件，完成索與膜的下料與零件的加工圖紙，最后結合下部結構進行驗算[2]。
索膜結構的整個設計過程是建筑、結構方案的選擇與結構分析計算的交叉反復，如果沒有專用的計算機輔助設計系統的應用，很難想象在短時間內能夠得出最優的方案。計算機輔助設計系統的應用，是膜結構設計方法發展的必然趨勢。膜結構是一種新穎的結構形式，其相應的計算機輔助設計系統必有特殊性。現就目前膜結構計算機輔助設計系統的開況，論述一下索膜結構設計的一般過程。
2.1前處理
主要定義膜結構的幾何模型、材料特性、外荷載，并能從各個角度顯示出結構的外形以驗證幾何形狀的正確性，同時生成結構分析系統進行找形分析、荷載分析所需要的數據。目前可視化軟件多采用圖形輸入法輸入結構的幾何外形。圖形輸入法是直接輸入結構的圖形，而不是圖形的幾何數據，具有直觀、形象的特點。圖形輸入法是以人機交互方式工作的，可以邊輸入邊顯示，有錯即改，有漏就補，十分方便靈活。材料的特性主要包括膜材的經緯兩方向的彈性模量、最大允許應力，脊索、邊索的彈性模量、最大允許應力，外荷載主要包括風荷載、雪荷載、自重等，另外還包括初始預應力值、受壓構件的截面面積等。
2.2找形、荷載分析
膜結構的找形分析和荷載分析可以合稱為結構分析，主要完成膜結構的找形、形狀判定和內力分析，輸出位移、應力和其他后處理系統所需要的數據文件。
膜結構是纖維織物構成的。雖然膜材在平面內能承受很大的拉力，但它不能承受平面內的壓力和平面外的彎矩，不然膜面會松弛，繼而失去剛度出現俗稱的褶皺。判斷結構是否會出現褶皺是判斷索膜結構預應力大小選取是否合適、判斷索膜結構建筑外形是否合理的一個關鍵因素。找形和荷載分析的最主要目的也在于此。有褶皺的索膜結構不能體現索膜建筑的力與美。
通過找形，得到了結構的曲面幾何及其相應的預應力分布，接下來的工作就是荷載的分析了。
荷載態分析的目的，是檢查在各種荷載組合下，結構的剛度是否足夠，膜面的應力和變形是否在許可的范圍內，亦即是否能保證結構的穩定及防止褶皺的出現，是否會出現過大的變形導致應力松弛或因應力過大導致膜材破壞，是否在風雪荷載因變形過大而影響結構的使用功能，是否會因風激振動而導致結構破壞，等等。
作用于索膜結構上的荷載主要有：自重，設備重量，風雪荷載以及維護荷載等等。這些荷載都可以作為面荷載轉化為等效節點力。
在膜結構受荷分析的過程中，風荷載常常是結構的起控制作用的荷載。韓國濟州島世界杯足球賽場的膜結構在2002年的臺風中也被掀去了[3]，主要原因是由于局部構造措施不當，導致應力集中所致。對于很簡單的幾何形式，規范是可以借鑒，對于重要性的結構，風洞實驗是確定設計參數的必要手段。
索膜結構受荷分析時，雪荷載也是很重要的荷載。雪荷載對膜結構的影響不僅是考慮膜結構對雪荷載的承受能力，是否會被罕見的大雪壓跨。積雪對膜的影響不僅僅如此，由積雪造成的膜長期受荷所產生的非常規徐變會減低膜的預張力，嚴重的話會造成膜喪失預張力導致失穩。有可能的話，在結構選形時要盡量避免產生積雪。也就是說，曲率設計切忌平緩，這在北方尤其重要。需要注意的是，積雪荷載通常是非均勻分布的，要視結構的表面形狀作相應的調整。
2.3剪裁分析
剪裁分析和下部結構驗算構成了后處理。結果顯示應該能從各個方向顯示膜結構的線框圖形和位移，并且能顯示其實體模型，此外顯示模塊還應具有另一重要功能即應力的可視化，如采用應力彩色圖和應力數值標注相結合的方式顯示模結構的應力，這樣就非常容易找到應力異常區和褶皺區。
剪裁分析的方法有很多種，一般是在初始形態分析的基礎上，利用不同的離散方法進行擬合。常用的方法如動態規劃法，把空間任意曲面近似展成平面，即基于動態規劃的基本思想，把空間任意曲面劃分成有限個相鄰的條塊（稱之為條元），依次藕聯計算出每一條元的展開形狀，便可得到整個曲面的展開；應用單值變換把空間曲面近似展成平面；有根據測地線的原理，應用廣義泛函變分取極值，得到膜結構曲面上的測地線，然后依據測地線計算裁剪線，生成裁剪圖。
剪裁分析的功能主要生成考慮由初始預應力引起的經、緯方向伸長和連接影響的剪裁下料圖和DXF等格式能被普通計算機輔助制造系統接受的數據文件，以便據此利用人工和計算機輔助制造系統進行膜材的剪裁操作。
2.4下部結構驗算
對下部結構進行驗算通常有兩種方法，一種是將上部索膜結構和下部支撐結構分開分析，在下部結構模型上蓋上輕型屋面板，輕型屋面板作為恒荷載，應用荷載傳遞的原理，將荷載作用下產生的支座反力作為荷載施加在下部結構上，再進行下部結構的分析計算，這種方法適用于支撐結構剛度較大，控制點位移較小的情況下，分析效率較高，同時復雜程度大大降低。
第二種是將找形后的索膜屋面與下部結構組成一體，用非線形有限元方法分析結構在各種荷載組合下的位移、支座反力及內力等，此方法適用于支撐結構較柔，在外荷載的作用下會發生較大的變形，在迭代計算過程中，索膜結構與支撐結構會發生相互作用，并且在相互作用下協同變化。
3、結語
索膜結構挑蓬的設計不同于傳統結構，其分析計算需要有一定的數學、力學和工程學基礎。隨著計算機技術的發展、軟件水平的提高，利用計算機技術來進行膜結構的設計已經成為索膜結構挑蓬設計的根本保證。雖然有多種分析理論被提出來，并運用于索膜結構的分析。但不論采用那種理論，其設計步驟都是相同的。
參考文獻
[1] 嚴慧，夏循.我國內地膜結構的工程應用與發展前景[J].鋼結構， 2004（2）： 4-5
膜結構范文2
關鍵詞：膜結構，減少膜面褶皺，措施
一、概述
膜結構作為新的建筑形式在國際及國內都得到了迅速的發展和應用。如體育設施有體育場、體育館、游泳館、健身中心、網球館、籃球館等；文化設施有展覽中心、劇場、會議廳、博物館、植物園、水族館等；交通設施有機場、火車站、公交車站、收費站、碼頭、加油站、天橋連廊等；商業設施有商場、購物中心、酒店、餐廳、商店門頭（挑檐）、商業街等；工業設施有工廠、倉庫、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等；景觀設施有建筑入口、標志性小品、步行街、停車場等。
膜結構之所以能在諸多領域均得到應用，主要歸功于膜結構本身的建筑特點。膜結構按結構形式分為骨架式膜結構，張拉式膜結構，充氣式膜結構，無論哪種形式，其構造均能做到不拘一格。膜結構單體根據周邊環境及建筑要求，可做成花瓣狀、飛燕狀、燈塔狀、氣泡狀等不同樣式。在陽光的照射下，由膜覆蓋的建筑物內部充滿自然漫射光，無強反差的著光面與陰影的區分，室內的空間視覺環境開闊和諧。夜晚，建筑物內的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，使建筑物的體型顯現出夢幻般的效果。
然而，我們經常能遇到施工完成的膜結構產生膜面褶皺的情況，嚴重影響了膜結構的美觀。下面就膜結構選材、施工等方面著手分析，提出減少膜結構膜面褶皺的幾點建議：
二、從選材方面減少膜面褶皺
材料制作原料不同決定材料的性質不同，我們在設計方案的時候就需要考慮選取材料的力學性能，使材料達到設計要求而不至于使結構變形或破損。
1、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，有優良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。但由于玻璃纖維基材具有脆性，濕、熱環境對其力學性能有一定的影響，在拉力和紫外線的作用下會有較大徐變，容易形成膜面褶皺，所以，選擇PTEF玻璃纖維膜材一般在室內或者環境適宜的情況下采用。
2、PVC建筑膜材開發和應用得比較早，通常規定PVC涂層在玻璃纖維織物經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。PVC本身不耐老化，多用于臨時建筑。
3、ETFE建筑膜材由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優良的抗沖擊性能、電性能、熱穩定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。近年來，ETFE膜材的應用在很多方面可以取代其他產品而表現出強大的優勢和市場前景。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”，質量輕，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%；耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃；可有效的利用自然光，節約能源，有良好的聲學性能。ETFE膜材可用于各類建筑膜結構。
三、從結構加工方面減少膜面褶皺
結構加工主要分為支撐結構加工和膜面的加工。支撐結構一般為鋼結構，其加工步驟為：下料—按圖放樣—制作胎具—設備彎曲—組拼弧管—確定分段處—按節點點固支桿—施焊A面—檢查焊縫質量—按段翻身—施焊B面—檢查焊縫質量—工地現場拼裝—涂刷面漆—檢查焊縫質量。
1、從鋼結構加工方面減少膜面褶皺
下料：材料經拋丸除銹后在相貫切割機上下料，并清理切口處腐渣，準備拼接使用。切割后的桿件均要有坡口。對加強節點處的材料，除按長度切割外，延軸線方向切開，以便于安裝。
放樣：放樣要嚴格按圖紙進行，放樣時應給予注意。注意，放樣是在已準備的胎具基面上進行。
胎具準備：胎具由T=16mm厚的鋼板組成，寬度與鋼管寬度相配，為節約鋼板，兩行鋼板可用槽鋼支撐連為一體。組拼弧管要求鋼管管徑足夠大，壁厚有12mm、10mm等。組拼處的焊縫質量為一級，焊縫鈍邊間隙為2--4 mm，坡口角度為40度，對接處不論等截面還是變截面均要襯管。施焊時要嚴格按照焊接工藝進行。每焊一道都要把焊道清理干凈，以確保一級焊縫質量。
點固焊：點固支管前，把放樣的節點轉移到上下弦桿的表面，并按桿件的編號進行點固。點固焊一般是從中間向兩端擴展。點固焊間距在50～100 mm左右，焊點長度為30 mm。
焊接：焊接時要嚴格按照焊接工藝規范執行。相貫處和對接處打底應盡量選用CO2氣體保護焊，面層可選用手工焊。
焊縫檢查：所有對接焊縫按一級焊縫進行檢查，要求開坡口的角焊縫也要進行檢查，檢查時除檢查焊縫外觀外，還要進行超聲波檢查，如發現焊縫不合格，應進行返修。
工地拼接：工地拼接時拼接處要加襯管，并要通過支撐使整個桁架找平，借助手拉葫蘆等工具使焊縫處符合圖紙要求后再進行點固焊，然后正式施焊。支撐要有一定高度，以便于全方位焊接。
2、從膜面加工方面減少膜面褶皺
技術準備：收集技術資料，設計膜的裁剪加工工藝生產流圖。
生產準備：根據工程材料表編制采購計劃，生產作業計劃，采購來的原材料必須有產品合格證，并經質驗部門對原材料抽樣復驗，確認合格后方可投入生產制作及施工，由于膜材料為進口材料所以此項工作所需的時間比較長。
生產制作：嚴格按計算機提供的切割模型完成，并考慮膜材料的雙向拉伸性,膜的裁剪和復合處理，應保證材料的均勻性和無殘缺,膜的搭接要保證高頻焊接的尺寸以保證其拉伸強度，搭接時要注意加筋補強。
3、從索具加工方面減少膜面褶皺
技術準備：收集技術資料，算出索具的加工下料長度及編制出其加工工藝過程。
生產準備：根據工程材料編制采購計劃，生產作業計劃，采購來的原材料必須有產品合格證，并經質檢部門對原材料抽樣復驗。
試驗檢測：生產加工前應對鋼絲繩進行相應試驗，測試其是否有穩定的抗拉強度和彈性模量，并符合有關標準，以掌握材料的性能。
生產加工：索具的加工要保證其精度要求，即在制作前應試行初次拉伸，保證達到設計要求，加工完畢后也要試拉，以保證質量要求。
四、從結構安裝減少膜面褶皺
結構安裝主要為支撐結構的安裝和膜面的安裝，安裝步驟為：校驗鋼架尺寸—焊接連結件—地面展膜連接配件—反疊膜片—吊裝—打開膜片—張拉—定位—調整。
1、校驗鋼架尺寸：檢查現場的機器設備是否安全，檢查鋼結構上的中心楔眼是否與膜布的模型相吻合。
2、焊接連結件：焊接連接件，并清理焊渣，打磨焊瘤。
3、地面展膜連接配件：把膜布打開放在清潔的防潮布上，把膜對折在半個縱帶上，然后夾住膜布使其成自由狀，膜材臨時就位，保證所有的調整都有利，把索系在較低的底部，以保證繩索系索具的末端，插入邊緣繩索，與膜布相配合，把繩索系在膜布的角上，把繩索系在較高點的一頭，讓這些繩索超過膜布，使鋼結構上的插銷與膜布上的金屬板相配合，檢查所有的插銷是否達到了設計上的要求，檢查所有的支索、設備及附件是否爪確。
4、鋪膜：將膜吊至鋪裝位置，用索扣固定牢固，保持織物的松持狀態，將松散的膜和脊索分別拉至四周的接點處，連接四周的接點板并安裝索扣將其固定牢固。注意膜保持在松持的狀態。
5、拉定位：檢查接觸表面、所有的鋼膜結構部位是否連接牢固，將膜鋪至指定位置，同時注意配合協調，保持其穩定性，完畢后，用索扣將其牢固固定，最后戴上壓條。
6、調整：安裝就位后調整。
膜結構范文3
關鍵詞：膜結構；膜材；建筑
Abstract: the membrane structure is a structure of newly developed a kind of form. After decades of development, membrane structure has become a main scheme of structure design, type selection, and gradually applied to the gym, shopping mall, exhibition center, traffic service facilities such as the construction of large span.
Key words: membrane structure; Membrane material; building
中圖分類號：F407.9文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）
膜結構是一種以性能優良的織物為材料，或是向膜內充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結構將面繃緊，從而形成的具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系。
1膜結構概述
1．1 膜材
膜結構能大量推廣應用的基礎是材料問題的解決，其應用的高強度柔韌薄膜稱膜材?，F階段主要應用的兩種膜材涂敷聚四氟乙烯（PTFE）的玻璃纖維織物和涂敷聚氯乙烯（PVC）的聚脂織物具有質地柔韌、厚度小、重量輕、透光性好等特點，對自然光吸收和透射能力、阻燃，具有良好的耐久、防火、氣密等特性；表面經過氟素處理或二氧化鈦處理的膜材料抗老化性能好，具有較高的自清潔性能。
1．2 膜結構的特點
建筑造型優美：膜結構的突出特點之一就是它形狀的多樣性，新穎美觀的曲面造型，簡潔明快，且色彩豐富，打破了純直線建筑風格的模式，給人以耳目一新的感覺。
適合覆蓋大跨度空間：膜材料每平方壹公斤左右，由于自重輕，加上鋼索、鋼結構高強度材料的采用，與受力體系簡潔合理，使膜建筑可以不需要內部支撐面大跨度覆蓋空間，這使人們可以更靈活地設計和使用建筑空間。
造價低，工期短：膜建筑屋面重量僅為常規鋼屋面的 1/30，這就降低了墻體和基礎的造價。同時由于膜建筑奇特的造型和外觀效果使其價格效益比更高。膜工程中所有加工和制作依設計均可在工廠內完成，現場只需組裝，施工簡便，相比傳統建筑的施工周期，它幾乎要快一倍。
節能環保：膜材有較高的反射性及較低的光吸收低，并且熱傳導性較低，對太陽熱能可反射掉70%，膜材本身吸收了17%，傳熱13%，而透光率卻在20%以上，保證了適當的自然漫散射光照明室內。具有良好的環保性、透光性、節能性。
2膜結構的歷史
第一座真正意義上的膜結構建成于1946年，設計者為美國的沃爾特•勃德，這是一座直徑為15的充氣穹頂。1967年在德國斯圖加特召開的第一屆國際充氣結構會議，無疑給充氣膜結構的發展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結構建筑出現在1970年大阪世界博覽會上。其中具有代表性的有蓋格爾設計的美國館（137m×7m8卵形），以及川口衛設計的香腸形充氣構件膜結構。后來人們認為70年大阪博覽會是把膜結構系統地、商業性地向外界介紹的開始。大阪博覽會展示了人們可以用膜結構建造永久性建筑。而70年代初美國蓋格爾-勃格公司開發出的符合美國永久建筑規范的特氟隆膜材料為膜結構廣泛應用于永久、半永久性建筑奠定了物質基礎。之后，用特氟隆材料做成的室內充氣式膜結構相繼出現在大中型體育館中，1975年在美國密執安州龐提亞克興建了平面尺寸243.9X183m的銀色穹頂，這是第一次將氣承式膜結構應用于永久性的大型體育館。其后在北美地區，類似的膜結構就建了9座，其中象美國的明尼阿波利斯和加拿大的溫哥華均位于北方地區。雖然象這樣的充氣結構也發生過幾次不愉快的坍塌事故，但是膜結構終于登堂入室，進入永久性建筑的行列。
3膜結構的前景
從多年國內外的實踐經驗來看，膜結構具有強大的生命力，必將是21世紀建筑結構發展的主流。預計最能發揮膜結構優勢的應用領域有：
1.需要自然采光的公共建筑，如體育館、訓練房、展覽廳等。
2.輕而而美觀的膜結構用于敞開或半敞開建筑物的遮蔽屋蓋尤為適宜。
3.各種類型的生產廠房與倉庫，其尺寸都比較規則，因而可有用膜結構并加以定型化、商品化。這種建筑有運輸、拆裝方便的優點，對于緊急救災或災后重建也十分有用。
4.在改造原有建筑物時，膜結構的自重輕是很大的優點，可以用來代替傳統的屋蓋。
4膜結構的應用
現在膜結構的設計有許多方法， 但仍存在許多問題需要解決和研究。比如膜建筑的隔振問題、內部環境問題、屋頂膜材的融雪問題、隔熱問題等。還有應將現在的計算理論與計算機相結合并開發相應的軟件。在設計過程中，建筑師和結構工程師要坐在一起確定建筑物的形狀，并進行必要的計算分析。這時，所設計建筑物的平面形狀、立面要求、支點設置、材料類型和預應力大小都將成為互相制約的因素，一個完美的設計也就是上述矛盾統一的結果。因此，要保證結構的最終成形與設計相一致，除了在設計時更仔細之外，還應保證各部門配合更為協調一致外。
同時，膜結構施工過程中也遇到一些問題。在膜結構中，膜材預張力是確保結構穩定與安全的一個重要因素。在施工現場為了得到設計的平衡狀態和形狀， 在張拉膜片的過程中，必須把設計預定的膜張力精確地施加到膜材中。這就要求施工人員能隨時測量、調整膜張力, 避免出現應力松弛區域和應力集中區域，避免張力過大引起膜材撕裂。另外，膜結構中膜材的一個特性是其張力會隨時間發生松弛。如果膜材發生松弛, 就會導致膜面下垂。在風荷載作用下發生抖顫。當這種情況發生時，需要測量膜材中的實際應力，以確定松弛造成的膜張力減退, 再根據測量結果施加、調整膜張力。第一個現代膜結構建成至今已有好幾十年了，因此大量已建成的膜結構需要定期進行膜張力松弛檢測。為了使膜結構成為一種現代技術, 有必要定量地評測薄膜預張力。所以，研究膜張力的一些檢測手段成了當務之急。
結語
隨著膜結構技術的不斷發展，相信越來越多的膜結構工程會出現在我們身邊。解決其在設計和施工中遇到的問題也成為我們下一階段研究的主要任務之一。隨著奧運會和世博會在中國的舉辦，膜結構建筑也呈現出一派欣欣向榮之象。這正是我國突破現狀的良機，不久的將來，膜結構一定會在我國得到夠好的發展和應用。
參考文獻
膜結構范文4
引 言
作為平衡手段，貯氣環節在沼氣工程中異常重要。 目前農村戶用型沼氣池多為水壓式結構，通過沼氣池內發酵液排出和返回實現用氣的調節，不需要專門的儲氣設備。規模化沼氣工程中常采用濕式浮罩貯氣柜或鋼制高壓貯氣罐貯氣。水壓式沼氣池的簡單儲氣方式造成沼氣壓力波動大、發酵池無效空間大、沼氣大量溢散等問題（可占總產氣量30%～40%）。鋼制浮罩和鋼絲網浮罩儲氣裝置都存在制作工藝難、使用時間短、代價高等問題，且在冬季時使用受到限制。高壓儲氣對于地面資源有限和沼氣長期儲存非常有利，但是對于一般農村沼氣工程而言價格昂貴且動力控制要求高，制約了其在農村的應用。
本文提供了一種恒壓柔性沼氣貯氣裝置，該產品和工藝獲國家發明專利，其在戶用型和規模化沼氣工程中都適用，成本低，運輸和安裝方便，四季穩定運行，運行時不需要外部動力。
1 技術內容
恒壓柔性沼氣貯氣裝置包括一個由高分子復合柔性膜材料加工的可伸縮性低壓恒壓柔性貯氣囊和一套具有靈活機械裝置的輕型鋼結構的配重導向機構，并輔助維護結構用于囊體保護。
（1）平行多夾層囊腔的增強膜結構氣囊
氣囊是由上下多個平行相通的囊腔共同構成，充滿氣體時呈上下垂直疊加多囊腔狀態，未充氣或放完氣體后呈偏平多膜層上下垂直疊加狀態，在充氣和放氣過程中，囊體能夠像彈簧一樣上下伸縮（見圖1）?？梢钥闯鲈摻Y構保證囊體使用時不產生扭曲變形，減少因扭曲引起的材料疲勞破損；一體化多囊腔，囊腔之間不會相互滑動，運行穩定。囊體為高分子復合增強膜結構，而不是普通的塑料膜，確保囊體的使用壽命。
（2）內力自調節配重導向機構
配重導向機構是由分布于四角的導向桿框架以及位于氣囊頂部的配重板組成，配重板通過位于四角的導向輪受導向桿制約（見圖2）。導向桿框架和配重板都是輕型鋼結構，導向輪具有內力調節機構，其設計基于科學的內力計算，實現氣囊使用中配重的平穩升降，確保氣壓的穩定。
在以上導向配重的制約下，儲氣和用氣過程中氣體經氣嘴流入或流出氣囊， 通過中間隔膜上的中心孔在各夾層之間串通。囊體在充氣時呈上下垂直疊加的多囊腔狀態，未充氣或放完氣體后呈偏平的多膜層上下垂直疊加狀態，在充氣和放氣過程中，囊體能夠像彈簧一樣上下伸縮，囊內氣壓在配重設備的作用下保持相對恒定，并且不產生扭曲變形，囊腔之間不會相互滑動。此外，由于導向機構的制約，囊體同樣不會傾斜（見圖3）。
2 與傳統產品的經濟指標比較
與傳統技術比較，恒壓柔性沼氣貯氣裝置具有明顯優勢。 該裝置應用于戶用沼氣池，可以做到：（1）增強發酵池有效容積，提高產氣效率；（2）保證供氣壓力平衡，有利于沼氣使用和沼氣池結構穩定；（3）杜絕由于頻繁水壓活動隨置換液引發的氣體泄漏，進而間接增加產氣率高達33%～50%。
用于規模沼氣工程可以做到：（1）用戶直接購買， 安裝技術要求不高；（2）運行不受季節和地區限制，能夠在不同地區實現四季穩定運行；（3）在不充氣條件下，本產品可以折疊包裝，體積小、重量輕、便于運輸；（4）在因廠址搬遷等條件下，可以靈活轉移再安裝應用（具體見表1和表2）。
3 裝置技術與沼氣裝備產業化
（1）促進沼氣工程裝備化、產業化
目前，國內外沼氣工程普遍采用的材料是常規建筑材料，如磚、石和混凝土等，就地建造。這類沼氣池技術要求高，特別是密封工藝，技術非常復雜，需要專業人員施工，質量可變性因素較大。常規建筑材料質量大，密封黏結材料自身的凝固期長，建設所需勞動強度大，且建設周期長。尤其在偏遠地區和山區，由于交通問題，材料很難運輸，建設起來更有難度。
本裝置可以工廠化、標準化，生產質量可靠，現場安裝操作簡便， 根本扭轉了傳統產品在技術上的缺陷，實現了沼氣工程的裝備化，使沼氣技術產業化推廣成為可能，并且可以增強其在國際市場的占有能力。
（2）裝備自身實現可回收
膜結構范文5
關鍵詞：張拉膜結構，彈性支承，協同找形分析
Abstract：Whether to consider cooperative form-finding analysis of tension membrane structure with elastic support, which is one of difficulties in designing cable-membrane structure. According to the simple examples and project in practice, to comparative analysis the necessity of cooperative form-finding analysis, some conclusions are given as a reference for designers.
Keyword：Tension membrane structure; Elastic supporting; Cooperative Form-finding Analysis;
中圖分類號：F121.3文獻標識碼：文章編號：
在《膜結構技術規程》[1] CECS 158:2004中規定：“對于可能產生較大位移的支承點，在計算中應考慮支座位移的影響，或與支承結構一起進行整體分析”。因此，研究支承式膜結構找形過程中支承結構與膜結構之間的相互協調作用的問題，具體十分重要意義。
1、彈性構件支承的張拉膜結構邊界常見處理方法
彈性構件支承的張拉膜結構在找形分析階段，對邊界支承點的處理方法主要有以下兩種：
（1）將膜結構邊界支承點看成固定點，不考慮下部支承體系變形對膜結構初始形態的影響。由于沒有考慮外部支承結構變形對索膜預應力態的影響，可能導致膜結構出現一定的誤差，特別是作為支承體系的索桿結構較柔性時，會導致膜結構剛安裝完畢就出現膜褶皺現象的發生。
（2）將膜結構和支承體系分離，通過公共節點的位移協調完成膜結構的找形分析。其設計過程如下：首先將膜結構控制點看成固定點進行膜結構找形分析；然后把得到的支座反力傳給支承體系，進行索桿結構的內力計算；然后根據支承體系的位移計算結果，對膜結構邊界進行調整，然后再次對膜結構進行找形，再把得到的支座反力傳給下部支承體系。經過幾次反復調整，得到較為理想的索桿膜結構形態。這種設計分析方法，雖然考慮了下部支承體系變形對膜結構找形分析的影響，理論上解決了膜結構褶皺問題，但是該方法找形效率比較低，需要人工反復修改支承條件，效率較低。
2、張拉膜協同找形的比較分析
目前，對于索桿與梁柱混合支承的張拉膜協同找形分析的文獻不多，筆者曾對基于力密度法的索桿梁膜協同找形[2]進行過初步探索。本文在此基礎上，通過通用有限元分析軟件ANSYS、文獻[2]編寫的MFFAP程序及其他膜結構設計軟件，對簡單算例及實際工程進行計算比較，得出一些可供參考的結論。
2.1 膜結構設計主要參數的選取
在膜結構工程中，張拉膜曲率一般1/8～1/20，膜材的預應力水平一般為破壞應力的1%～5%，工作應力不大于破壞應力的15%，A類膜（PTFE/GF），玻璃纖維織物膜無支承凈跨度一般不大于20～25m，經緯向預張力一般為4～8kN/m；C類膜（PVC/PES），聚酯類織物膜無支承凈跨度一般不大于15～20m，經緯向預張力一般為1～4kN/m。為便于制作安裝和結構受力，張拉膜曲面面積一般應小于500～1000m2。膜結構的邊緣索曲率一般1/8～1/12，特殊情況可1/5～1/15。張拉索應力一般為55%的屈服應力[4]。
2.2 算例1柱支承張拉膜結構找形計算
一個柱支承的馬鞍形張拉膜結構，膜支承點坐標為（-5，0，4）、（0，5，0）、（5，0，4）、（0，-5，0），膜面經緯向初始預張力，膜柔性邊索初始預張力均為30kN。鋼柱高4m，采用Q235B圓鋼管，取不同截面數據進行對比計算：Case 1：P200×10；Case 2：P250×10；Case 3：P300×10；Case 4：P350×10；Case 5：P400×10；Case 6：P600×10；為對比計算結果，Case 7：不考慮位移協同進行找形分析。
圖2-1-1為MFFAP程序對（Case 1）找形后的平衡形態，其他各種情況與此相同，只是在柱膜公共節點處的位移有一些差別。圖2-1-2所示為ANSYS程序對（Case 1）找形后平衡形態。在ANSYS中，膜采用shell41單元模擬，并通過降溫法對膜施加預張力；索采用link10單元模擬，通過改變單元實常數中的初始應變對索施加預應力；支承柱采用beam189單元模擬。圖2-1-3給出了考察點在各種情況下的節點位移變化曲線。
由圖2-1-3可知：在考慮位移協同的情況下，隨著鋼柱抗彎剛度逐漸增大，支承柱自由端節點的位移越來越小，但張拉膜結構對支承點的作用力卻越來越大，當鋼柱的抗彎剛度足夠大的時候（如case6），考慮柱與索膜協同找形的情況下，柱自由端的節點位移趨于零，但此時柱底彎矩最大。
由此可知：對柱支承的張拉膜結構，相對于柱與膜協同找形模型，柱與膜分離找形模型計算出的支座反力更大，因此按此分析模型設計的支承鋼結構是偏于安全的，但是，膜實際張拉成形后由于索膜預張力的作用，鋼結構支承體系會發生變形，在這種真實受力狀態下，索膜的預張力往往達不到設計所要求的應力狀態，即分離模型實際上高估了膜的初應力水平。
圖2-1-1 MFFAP程序對算例1的找形分析結果
圖2-1-2 ANSYS程序對算例1的找形分析結果
圖2-1-3考察點的節點位移對比(m)
2.3 算例2鋼桁架支承張拉膜結構找形計算
某停車場遮陽雨棚，采用彈性構件支承膜結構。本工程膜結構采用PTFE膜材，鋼材采用Q345B，懸挑桿件截面P194×12，其余桿件截面P152X10。膜材的初張力為3kN/m，索預拉力值30kN。分別按照協同找形、非協同找形進行找形分析，考察鋼構件和膜材交接點（圖2-2-1考察點位置）的位移以及鋼構件的受力狀態。
由于“非協同找形”認為膜結構支座為不動點，故考察點位置位移為0mm；按協同找形的方法，考察點位置的最大位移為24.6mm。為對比計算結果，在懸挑端部增設用于平衡膜邊索預拉力的水平壓桿，重新進行協同找形分析，此時考察點的最大位移僅為4.3mm。對比“非協同找形”和“協同找形”的支承構件的內力，“非協同找形”的桿件應力比 “協同找形”相同位置處桿件的應力大。
根據計算結果可知：（1）膜初始態下膜初張力，采用非協同找形方法計算結果比實際值大。若按非協同找形方法確定的初始態進行后續荷載分析、裁剪分析，按此設計進行施工，將導致膜材出現褶皺現象，風荷載作用下膜材變形較大，膜材容易出現撕裂；（2）在膜結構找形分析前，可將索膜預張力作用在鋼結構上，初步估算支承膜邊界的鋼結構節點的位移，根據此結果可初步判斷進行協同找形的必要性。（3）按“非協同找形”方法對支承鋼結構設計時偏于安全的。
圖2-2-1 找形分析后膜結構初始態
圖2-2-2找形分析后懸挑端局部變形圖
3、本文結論
本文針對彈性支承構件與膜結構的協同找形的必要性，根據自編程序、膜結構設計軟件和通用有限元程序，結合工程實際，進行了初步探討。根據本文的計算結果，初步得到以下結論：
對于柱支承或鋼結構骨架支承的張拉膜結構，按非協同找形分析結果對支承鋼結構進行設計是偏于安全的。但是，膜實際張拉成形后，由于鋼結構支承體系會發生變形，索膜的預張力往往達不到設計所要求的應力狀態。因此，當張拉膜的支承體系設計的比較纖細的時候，對膜結構進行協同分析是十分有必要的。
參考文獻
[1] CECS158, 膜結構技術規程 [S]. 北京: 中國計劃出版社, 2004
[2] 曾樂元. 彈性構件支承的張拉膜結構整體協同找形分析[D]. 廣州: 華南理工大學碩士學位論文, 2009
膜結構范文6
關鍵詞：大空間；建筑結構；張拉膜結構；受力特征；構造體系
張拉膜結構是當前建筑工程項目中一個全新的空間結構體系，其伴隨科技的進步施工日益成熟。這一結構無論是從工程的施工工藝、材料特性、結構受力特征哪一方面分析，與傳統的大空間覆蓋結構體系逐漸都存在著明顯的區別。為此，在這里我們有必要對工程結構的受力體系，受力特點和構造情況進行研究和分析。
一、張拉膜結構概述
張拉膜結構是目前建筑工程項目中較為常見的工程結構之一，其在施工中是由穩定性好、支撐桅桿體系可靠的施工優勢。在目前的工程項目中，它主要是由抹面、支撐桅桿體系以及索結構等多個環節組成的。
1.張拉膜結構組成
張拉膜結構是由表面膜布、基層共同組成的，其中膜布主要是化學纖維織物薄膜生產的，其又分為了基層化學纖維織物和外層化學纖維織物兩種?；鶎踊瘜W纖維織物主要是以玻璃纖維為主構成的，它最大的作用在于決定著整個膜結構的力學特性、材料的抗拉強度等；其中外層膜層主要是由有機硅樹脂組成的，它主要是用來解決材料半身存在的物理性質，提高材料的耐火、防水以及耐久性的作用。一般來說，張拉膜結構的整體性都是有膜布特性決定的，它既是結構的主要原材料，也是工程結構的主要維護材料，是一個將自由曲線的造型、透明質感有機統一起來，然后進行工作的結構維護材料。
2、張拉膜結構的作用
張拉膜結構是依靠膜材自身的張拉應力與支撐桿、拉索共同組成的一個結構體系，在陽光的照射下它可以反射出建筑結構的陽光要求，是一個充滿著自然光，不存在任何強反差的著光面。同時，這一結構的應用使得室內空間視覺效果極為良好，有著開闊視野和和諧結構的優勢。在夜間，建筑物內的燈光通過膜材結果投射到夜空中，從而使得建筑物體型美觀變的更加突出和明顯。在現代化建筑工程項目中，張拉膜結構的應用極為廣泛，特別是城市標志性建筑結構屋頂施工中，更為常見。
二、張拉膜結構受力特征分析
膜結構是現代化建筑工程施工技術應用基礎上形成的一種結構形式，它以性能優良為代表，以組織結構科學為前提構成的，是利用空氣壓力支撐膜面為基礎，或者是利用柔性鋼索、剛性支撐結構將面層繃勁而形成的一種具備著一定剛度、能夠覆蓋大空間、大跨度、大開間結構面的一種結構體系。張拉膜結構在現代化建筑工程項目中應用極為廣泛，已成為結構設計和選型工作中的主要方案。
1、張拉膜結構強度、剛度與穩定性分析
膜布是一個由橫向、豎向相互交錯的纖維織物組成的，由于纖維織物本身是一個柔性材料，是一個自身強度好且依靠著張拉力產生的剛度、穩定性好的預應力靜態結構。為此其在應用中存在著良好的剛度、強度和穩定性。同時膜布結構在平衡狀態下存在著兩個突出的作用，一個是凸出，另外一個是凹下，而纖維股則剛好是一個方向上與這兩邊平行的模式，應對這些問題在工作中必須要考慮其平衡狀態穩定性要求。
2、張拉膜基本形態分析
張拉膜結構由于膜受到張拉是一個空間受力狀態，其形態是空間上的自由曲面形態。這種形態在數學上定義是一個雙曲拋物面，從根本上改變了傳統建筑物基于壓力學原理上的空間、形態特征分布，是張拉作用下的一個直線型工作形態模式。自從1970年代以來， 膜結構在國外已逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中。 膜結構已成為結構設計選型中的一個主要方案。成為化纖紡織品應用的一個重要領域。近年來在中國建筑 結構中也有長足的進展。
三、張拉膜結構體系構造分析
張拉膜結構體系的空間曲面的建筑屋面本身需要具備著良好的穩定性基礎，同時要求能夠在外荷載的作用下具備優異的結構抵抗能力。張拉膜結構體系是利用鋼索或骨架結構懸掛或支撐膜布形成的空間結構體系。其形式在不斷發展，根據膜布張拉方式不同，一般分為三類：（1）懸掛式膜結構；（2）支撐式膜結構；（3）懸索穹頂膜結構。其強度、剛度及穩定性的特點，決定界面的圍合方式。
1、懸掛式膜結構構造體系
懸掛式膜結構是人們從帳篷結構得到啟示發展而來的，利用索網將膜布繃緊作為承重結構，或是利用桅桿（支柱或壓桿）將鋼索和膜布張掛起來的構造體系。懸掛式膜結構的空間結構特征為在脊索、谷索處和拉索之間均可以形成曲率相反的雙曲拋物面形態，形成完整而連續的空間結構。在結構力學中，受拉優于受壓，受壓優于受彎。拉索充分張拉，支柱充分受壓，使材料的力學特性得以充分發揮，最大限度地利用了材料。
2、支撐式膜結構構造體系
支撐式膜結構以剛性支撐（拱、桁架、梁）為骨架，面材采用膜布，充分發揮了不同材料特性而形成的構造體系。支撐膜結構不僅應用了已經成熟的大空間結構技術，而且構造簡單，施工方便，是一種膜材與傳統大空間結構相結合的結構體系。其具體的空間結構特點為在剛性張拉構件之間膜布形成曲率相反的雙曲拋物面，形成相間的空間結構單元。隨著技術、材料的發展，拱、桁架、梁的構造方式也在發生變化，其中受拉的構件，正漸漸被拉索取代。更充分地利用了材料，形成了更為輕盈的形體和空間。
3、懸索穹頂膜結構構造體系
懸索穹頂膜結構是近十年發展起來的適用于巨型體育場館的新型構造體系。由連續的張拉鋼索和不連續的壓桿構成，荷載從中心環通過放射狀的徑向脊索，環向拉箍、中間的對角線鋼索傳向周圈的受壓環梁，是一種結構效率極高的全張拉體系，整體索穹頂除少數幾根壓桿外都處于受拉狀態。懸索穹頂膜結構對膜布進行張拉的力學原理是張力結構。張力結構是由拉索和壓桿組合成各種形態，索的拉力經過一系列中介壓桿而轉變方向，使拉索與壓桿交織產生空間剛度。
四、結束語
大空間張拉膜結構建筑是膜布、拉索和支撐體所形成的綜合體，整體結構遵循膜結構的受力特征，形成合理的構造體系。作為一種大空間覆蓋體系，大空間張拉膜結構具有廣泛的應用前景。
參考文獻
[1] 朱艷，劉方，蒲清平. 大空間建筑消防安全評估[J]. 重慶建筑大學學報. 2005（02）
[2] 姜海玉. 皮膜在大空間建筑中的應用[J]. 工程建設與設計. 2006（S1）
