建筑膜材（膜布）抗拉強度等級與膜材（膜布）的厚度“無關(guān)”

不同于鋼材，織物類膜材是非均質(zhì)的各向異性的材料，力學性能取決于其織物基材。不同的纖維種類、不同的紗線規(guī)格、不同的編織方法，決定了膜材的力學性能不同。

膜材料之：紡紗織布：

西安勃發(fā)膜材（膜布），在其生產(chǎn)過程中，厚度t不再是一個自變量。同時，由于膜材厚度本來就很小，測量的誤差會比較大。所以在表達膜材力學特性參數(shù)時，一般不再用單位面積，而是用單位寬度來表示，這樣更加直觀，而且更加準確。如：初始預張力的單位是kN/m或N/mm。注意，這里用的詞是張力而不是應力，應力的單位是kN/m2或N/mm2?！赌そY(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS158 依據(jù)膜材的極限抗拉強度值，將膜材分了幾個等級，便于應用。膜材強度的單位為N/5cm（這與膜材強度的測試方法有關(guān)）。確定膜材強度等級時，依據(jù)的是極限抗拉強度值，而膜材厚度和重量僅是一個參考。

在膜結(jié)構(gòu)設計時，一般是根據(jù)計算所得的膜面張力，乘以安全系數(shù)（《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》按照我國現(xiàn)行標準，將安全系數(shù)換算為分項系數(shù)），然后比照膜材的極限抗拉強度，直接選取膜材等級。此時可能會出現(xiàn)這種情況，不同廠商的某兩個型號的膜材，極限抗拉強度一樣，但膜材厚度和重量不一樣。而選取膜材等級時我們只看極限抗拉強度，不看厚度，也可以說與膜材厚度“無關(guān)”。

同樣，索也是非均質(zhì)材料。鋼絲繩、鋼絞線、鋼絲束，怎么區(qū)分？

由于構(gòu)成索的鋼絲材質(zhì)不同、強度不同、絲徑不同、扭轉(zhuǎn)角不同、孔隙率不同，因此，在索結(jié)構(gòu)設計時，一般不會用索的截面積乘以鋼絲抗拉強度得到索的抗力去確定索的直徑。而是根據(jù)計算所得的索拉力，乘以安全系數(shù)，然后比照成品索的最小破斷力，直接選取

索規(guī)格。同樣會出現(xiàn)這種情況，不同廠商的成品索最小破斷力一樣，但索的直徑不一樣。而選取索規(guī)格時我們只看最小破斷力，不看直徑，可以說與索直徑“無關(guān)”。

當然，同一廠商還是膜材越厚強度越高、索直徑越大強度越高。這里所說的與膜材厚度“無關(guān)”，與索直徑“無關(guān)”，是因為在選取膜材等級時用的是膜面張力而不是膜面應力，選取索規(guī)格時用的是索拉力而不是索應力。

甚至可以說，在相同極限抗拉強度下，膜材越薄說明生產(chǎn)工藝水平越高；相同最小破斷力下，索直徑越小說明制作工藝水平越高。

膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展依賴于膜材的技術(shù)革命和施工技術(shù)發(fā)展。從歷史角度來看，材料技術(shù)的革命為建筑帶來越來越多的創(chuàng)意，也帶來無窮無盡的高要求。從現(xiàn)代主義到后現(xiàn)代主義，再到解構(gòu)主義建筑理論，甚至所謂混沌理論，無一例外地要求材料創(chuàng)新，而每次材料革命又給建筑學添加更多新的創(chuàng)作語言。 

結(jié)構(gòu)膜材的性能 ：

用于膜結(jié)構(gòu)中的高強度柔韌性薄膜稱為膜材，結(jié)構(gòu)膜材有織物膜材和箔片膜材兩大類。目前，織物涂層膜材是主流材料，它是一種耐用、高強度的涂層織物，由織物和涂層復合而成，具有質(zhì)地柔韌、厚度小、重量輕、透光性好的特點。對自然光有反射、吸收和投射能力，難燃或阻燃，具有良好的耐久、防火、氣密等特性；抗老化性好，具有較好的自潔性能。 

膜結(jié)構(gòu)采光頂?shù)膬?yōu)點 :

膜結(jié)構(gòu)是一種非傳統(tǒng)的全新結(jié)構(gòu)形式，膜結(jié)構(gòu)采光頂根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為三類，即骨架式膜結(jié)構(gòu)采光頂、充氣式膜結(jié)構(gòu)采光頂和張拉式膜結(jié)構(gòu)采光頂。其實，膜結(jié)構(gòu)的設計也迥異于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，要求建筑師與結(jié)構(gòu)工程師緊密配合、相互協(xié)作。一般而言，膜結(jié)構(gòu)屋頂與傳統(tǒng)的建筑屋頂相比具有以下優(yōu)點： 

（1）自重輕。膜結(jié)構(gòu)采光頂要比傳統(tǒng)玻璃、鋁板等建筑采光頂輕一個或幾個數(shù)量級，單位面積的結(jié)構(gòu)自重也不會隨規(guī)模、跨度的增加而明顯增加?？拐鹦浴⒛秃蛐院?，使用壽命長。

（2）造型優(yōu)美，富有時代氣息。膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)美造型是力平衡后自然形成的，“找形”是膜結(jié)構(gòu)采光頂建筑藝術(shù)美的重要設計內(nèi)容，是由建筑師和結(jié)構(gòu)工程師共同完成的，打破了傳統(tǒng)的“先建筑，后結(jié)構(gòu)”的做法。膜結(jié)構(gòu)采光頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)與造型、技術(shù)與藝術(shù)得到了完美的結(jié)合和高度的統(tǒng)一，因此又被稱為藝術(shù)采光頂或藝術(shù)外維護結(jié)構(gòu)。 

（3）施工速度快。膜片的裁剪制作、鋼索和鋼結(jié)構(gòu)的制作均在工廠內(nèi)完成，在施工現(xiàn)場只是鋼索、鋼結(jié)構(gòu)及膜片的連接安裝及張拉的過程，故在現(xiàn)場的施工安裝比較文明，且安全快捷。 

（4）經(jīng)濟效益明顯。就目前來看，膜結(jié)構(gòu)采光頂可能第一次投資稍大，但由于此類結(jié)構(gòu)的日常維護費用少。因此，膜結(jié)構(gòu)采光頂?shù)慕?jīng)濟優(yōu)勢與規(guī)模、跨度和技術(shù)難度成正比的，大跨度建筑及高層建筑中其成本只是玻璃的2/3，使用壽命可長達25年。易建、易拆、易更新。 

（5）安全可靠。膜材料一般都是阻燃材料，防火性優(yōu)，自重輕，抗震性能好。膜材是柔性面材，不像玻璃容易破碎，無墜落傷人之憂,膜結(jié)構(gòu)采光頂也不會有整體倒塌之慮。 

膜結(jié)構(gòu)采光頂?shù)慕ㄖ?nbsp;

1． 膜面雨水的排放 

膜結(jié)構(gòu)采光頂應有足夠的坡度以妥善解決排水和積雪問題，以免引發(fā)重大工程事故。通常，膜面的坡度應不低于1:10。多數(shù)膜結(jié)構(gòu)采用無組織排水方式，此時應注意雨水對地面和墻面的污染。利用建筑物自身的某些形狀特點，可設置有組織排水。 

2． 防火與防雷 

PTFE膜材是不可燃材料，PVC膜材是阻燃材料。對于永久性建筑，宜優(yōu)先選用不可燃類膜材。當采用阻燃類膜材時，應根據(jù)消防部門的要求采取適當措施。例如，應保證建筑物的頂棚與地板之間的距離在8m以上，并且避免膜材及其連接件與可能存在的火源接觸。建于建筑物頂層或空曠地段的膜結(jié)構(gòu)要采取防雷措施。 

3． 采光 

膜材的采光性較好，在陽光的照射下，由于漫散射的作用，使建筑物內(nèi)部呈現(xiàn)明亮效果，因而在白天通常不需要照明。這一特點使得膜結(jié)構(gòu)特別適用于體育館、展覽廳和天井等對采光要求較高的建筑物。當采用內(nèi)部照明時，燈具與膜面應保持適當距離，以防止燈具散發(fā)出的熱量將膜面烤焦。 

4． 聲學問題 

膜結(jié)構(gòu)的聲學問題包括對內(nèi)部聲音的反射和對外部噪聲的屏蔽兩方面?？椢锬げ膶β暡ㄕ駝泳哂泻軓姷姆瓷湫裕@種反射性會使音樂聲音變得惡劣，并使人很難聽清講話內(nèi)容。對于某些具有內(nèi)凹面的建筑，如充氣膜結(jié)構(gòu)或拱支式膜結(jié)構(gòu)，頂棚會使聲波反射匯集。另外，聲波穿過織物膜材時的衰減也是需要考慮的，通常單層膜的隔聲性能僅在10dB左右。一種較為可行的方法是在膜結(jié)構(gòu)頂棚上每隔一段距離懸掛一些標牌，以增加對聲波的吸收，并改變頂棚的曲線造型，從而改變反射方向。 

5． 隔熱、保溫與通風 

膜結(jié)構(gòu)建筑的保溫隔熱性能較差，目前廣泛采用的膜材還不能較好地隔絕外部溫度的影響。單層膜材的保溫性能大致相當于夾層玻璃，故僅適用于敞開式建筑或氣候較溫暖的地區(qū)。當對建筑物的保溫性能有較高要求時，可采用雙層或多層膜構(gòu)造。一般兩層膜之間應有25cm~30cm的空氣隔層，還應該注意解決內(nèi)部結(jié)露問題。當用于游泳池、植物園等內(nèi)部濕度較大的建筑時，濕空氣接觸膜內(nèi)表面易產(chǎn)生結(jié)露，可采取室內(nèi)通風、安裝冷凝水排出口或安裝空氣循環(huán)系統(tǒng)等措施。 

6． 與環(huán)境協(xié)調(diào) 

膜結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)除了要在建設場地、建筑造型、膜材料的選擇（如色彩、質(zhì)地）等方面加以考慮之外，在細部處理上也要考慮與環(huán)境結(jié)合與協(xié)調(diào)。 

總而言之，膜結(jié)構(gòu)采光頂是一種非傳統(tǒng)的全新結(jié)構(gòu)形式，其設計與施工方式也迥異于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)技術(shù)在德國、美國、日本等發(fā)達國家已經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展。在我國，這種新結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展勢頭也較猛，新穎的建筑構(gòu)思與先進的結(jié)構(gòu)技術(shù)還將進一步為人們創(chuàng)造更多優(yōu)秀建筑。

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