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膜结构景观的力学性能

  一、膜结构景观的材料力学性能

  膜结构景观所用的膜材料为具有高强、阻燃、耐久、自洁等特性的高强复合材料,一般由基布和涂层二部分组成。基布主要采用高强聚脂纤维或玻璃纤维丝编织而成,有平 织和绞等多种编织方法,不同的膜结构车蓬编织方法影响着膜材料的经纬向力学性能指标,提供膜的抗拉强度和抗撕裂强度等;涂层材料主要有聚四氟乙烯和聚氯乙烯,在一 定程度上提高了膜材料各项强度指标,为提高膜材料的耐久、自洁等特性,表面往往有一层氟涂层或硅涂层,提供膜材料的耐火、耐久及防水、自洁等性能,决定着 膜材料的物理特性。

  膜结构景观材料是一种高强柔软的织物,具有较高的抗拉强度,有一定的抗撕裂强度,但其平面内的抗压、抗弯强度几乎为零,抗剪强度也很低,并具有一定的各向异性和材料 几何非线性性质,使用时又易发生应力松弛和徐变

  在实际工程应用时,随着膜结构车蓬膜材料品种的不同,膜中预应力一般在1~8kN/m,即使在最不利荷载工况下,膜中应力值也只是其抗拉强度的1/4~1/8,为简便设计计算,一般可假定膜材料为正交异性的线弹性材料,由弹性力学理论可知,平面应力正交异性弹性材料的本构关系。

  二、膜结构景观所用的膜材料的物理性能

  膜结构车棚分析理论和设计施工经验的不断成熟和完善,膜结构已从众多的现代建筑形式中异军突起,越发地受到人们的青睐,吸引着众多的建筑、结构工程师们来设计建造现代大中小型永久性或半永久性的膜结构建筑。同时也对膜材料的物理性能提出了更多的要求。

  1.膜结构景观具有高强度的特点

  膜结构景观材料是一种柔性织物,织物内部只有存在一定的应力场,才能获得一定的刚度。因此,对于膜结构而言,任何情况下不允许膜中有无应力状态。在高应力状态下,膜 材料的抗拉强度越高,越不易发生徐变和老化;其次,在大跨度膜结构中,膜中应力往往较大,且对膜的安全度要求较高,一般在长期荷载作用下,安全系数取 6~8,在短期荷载作用下,安全系数取4。安全系数考虑了以下几种不利因素:膜材料本身的强度和弹性常数有较大的变异性;膜结构计算假定及计算结果的不精 确性;膜材料双向应力测试与实际情况的差异;紫外线照射下膜材的老化;动静力下膜材的疲劳;膜材制作和施工过程中的划伤和折叠等。因此,膜结构建筑中的膜 材料必须具有较高的抗拉强度及抗撕裂强度。

  2.阻燃

  膜结构景观作为永久性或半永久性建筑,膜材本身必须应完全满足有关建筑材料防火指标的要求。以日本膜结构大国为例:他们早在20世纪80年代就已把膜结构成功地应用于诸多大型公共建筑中