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张拉膜结构 |
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张拉膜结构是指通过拉索将膜材料张拉于结构上而形成的，张拉膜结构也可称为张拉式索膜结构，是由稳定的空间双曲张拉膜面、支承桅杆体系、支承索和边缘索等构成的结构体系。张拉膜结构由于具有形象的可塑性和结构方式的高度灵活性、适应性，所以此种方式的应用极其广泛。张拉膜结构又可分为索网式、脊索式等。张拉膜结构体系富于表现力、结构性能强，但造价稍高，施工要求也高。
建成于1973年的美国加州La Verne大学的学生活动中心是已有23年历史的张拉膜结构建筑．跟踪测试与材料的加载与加速气候变化的试验，证明它的膜材料的力学性能与化学稳定性指标下降了20%至30%，但仍可正常使用。膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、化学物质的微粒极难附著与渗透，经雨水的冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性。
通常几何刚度要比弹性刚度大得多，所以要使每一个膜片具有良好的刚度，就应尽量形成负高斯曲面，即沿对角方向分别形成“高点”和“低点”。“高点”通常是由桅杆来提供的，也许是由于这个原因，有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构（suspension membrane）。 索作为膜材的弹性边界，将膜材划分为一系列膜片，从而减小了膜材的自由支承长度，使薄膜表面更易形成较大的曲率。有文献指出，膜材的自由支承长度不宜超过15米，且单片膜的覆盖面积不宜大于500平米。此外，索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑，从而不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。
膜结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。膜结构应根据建筑物的性质和等级、使用年限、使用功能、结构跨度、防火要求、地区自然条件及膜材的年限等要求进行膜材选用。膜结构的设计应根据荷载、支承条件、制作加工、施工工况及其它特殊条件进行。膜结构的设计内容包括形状设计、荷载分析、裁剪设计、配件设计、支承结构设计。
玻纤PVC建筑膜材，这种膜材开发和应用得比较早，通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2mm，一般涂层不会太厚，达到使用要求即可。为提高PVC本身耐老化性能，涂层时常常加入一些光、热稳定剂，浅色透明产品宜加一定量的紫外吸收剂，深色产品常加炭黑做稳定剂。另外对PVC的表面处理还有很多方法，可在PVC上层压一层极薄的金属薄膜或喷射铝雾，用云母或石英来防止表面发粘和沾污。
玻纤有机硅树脂建筑膜材，有机硅树脂具有的耐高低温、拒水、抗氧化等特点，该膜材具有高的抗拉强度和弹性模量，另外还具有良好的透光性。Vestar膜材就采用这种树脂对玻璃纤维布涂覆而制成的，目前这种膜材应用的不多，生产厂家也较少。玻纤合成橡胶建筑膜材，合成橡胶（如丁腈橡胶，氯丁橡胶）韧性好，对阳光、臭氧、热老化稳定，具有的耐磨损性、耐化学性和阻燃性，可达到半透明状态，但由于容易发黄，故一般用于深色涂层。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纤维织成的基布两面贴上氟树脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造价太高，一般的建筑考虑到成本和性能两方面，很少选用这种膜材，目前国外的生产厂家也不多。
膜结构的特点之一就是它形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。对于气承式空气膜结构来说，充气之后的曲面主要是圆球面或圆柱面，可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承的膜结构，其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。
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