膜结构材料的性质
膜作为继木材、砖石、金属、混凝土之后的第五代建筑结构材料,具有显著的自身特性。第1代木材和第三代钢材拉压性能均良好,第二代砖石和第四代混凝土则只具备良好的抗压能力,膜结构停车棚遮阳棚,作为第五代的膜材料则只能受拉,没有承压和抗弯曲能力,这是膜的***本质的特征。具体地讲,公交车膜结构,膜材的主要特征如下:
拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸强度(TensionnStrength)、拉伸模量(ModulusofElasticity)和泊松比三个力学指标。膜材本身不能受压也不能抗弯,但具有很高的拉伸强度,所以要使膜结构正常工作就必须引入预拉力、并形成互反曲面。通常膜材料的拉伸强度都可达100MPa以上。
模材应力-应变关系是非线性的,一般采用切线模量作为弹性模量,膜材的弹性膜量约为钢的1/3左右。膜材的泊松比,即横向变形特征,约为0.2左右。由于膜是双向受力结构,设计时必须以膜材的双轴拉伸实验确定膜的弹性膜量及泊松比。
膜结构的特性
为突出膜结构丰富多彩的建筑造型及表现力,对建筑膜材特性的考察也极为重要。膜材特性主要是透光性、保温节能性。其它特性还包括防火性、吸声性、自洁性、耐腐蚀性、轻质柔韧性等。
保温性能
单层膜材料的保温性能与砖墙相同,优于玻璃。同其他材料的建筑一样,膜结构建筑内部也可以采用其他方式调节其内部温度。例如:内部加挂保温层,运用空调采暖设备等。
自洁性能
PTFE膜材和经过特殊表面处理的PVC膜材具在其表面聚成水珠流下,使膜材表面得到自然清洗。
膜结构的裁剪分析
测地线裁剪法
裁剪分析与找形技术的产生及发展过程极为相似,都是从测量实物模型开始的,对于简单规则的可展曲面,可直接利用几何方法将其展开。现代概念上的裁剪分析,主要还是依赖于计算机技术的发展而发展的。在此过程中,产生了许多方法,如测地线法、有限元法、优化分析法,等等。下面介绍被广泛应用的测地线法(GeodesicLineMethod)。
测地线又称短程线,四川膜结构,是大地测量学的概念,其通常被理解为:经过曲面上两点并存在于曲面上的短的曲线。所以用测地线作裁剪分析,就是以测地线来剖分空间膜面。这样做的好处是热合缝短、用料较省,但热合缝的分布及材料经、纬方向的考虑不易把握。
求曲面上的测地线的问题,实际上是一个求曲面上两点间曲线长度之泛函极值的问题。由于膜结构几何外形的新奇多变,也就无法得到曲面上两点间曲线长度的泛函的显式,所以通常是求极值确定测地线上的若干点,看台膜结构,再用线性插值的方法求中间点,从而求得测地线。
有了测地线就可以确定裁剪线:直接以测地线为裁剪线或从一条测地线向另一条测地线作垂线,以垂线中点的连线作为裁剪线。
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