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隨著膜結(jié)構(gòu)分析理論和設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)的不斷成熟和完善，膜結(jié)構(gòu)已從眾多的現(xiàn)代建筑形式中異軍突起，越發(fā)地受到人們的青睞，吸引著眾多的建筑、結(jié)構(gòu)工程師們來(lái)設(shè)計(jì)建造現(xiàn)代大中小型永久性或半永久性的膜結(jié)構(gòu)建筑。同時(shí)也對(duì)膜材料的物理性能提出了更多的要求。
1. 高強(qiáng)度
膜材料是一種柔性織物，織物內(nèi)部只有存在一定的應(yīng)力場(chǎng)，才能獲得一定的剛度。因此，對(duì)于膜結(jié)構(gòu)而言，任何情況下不允許膜中有無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。在高應(yīng)力狀態(tài)下，膜材料的抗拉強(qiáng)度越高，越不易發(fā)生徐變和老化；其次，在大跨度膜結(jié)構(gòu)中，膜中應(yīng)力往往較大，且對(duì)膜的安全度要求較高，一般在長(zhǎng)期荷載作用下，安全系數(shù)�。丁福诙唐诤奢d作用下，安全系數(shù)取４。安全系數(shù)考慮了以下幾種不利因素：膜材料本身的強(qiáng)度和彈性常數(shù)有較大的變異性；膜結(jié)構(gòu)計(jì)算假定及計(jì)算結(jié)果的不精確性；膜材料雙向應(yīng)力測(cè)試與實(shí)際情況的差異；紫外線照射下膜材的老化；動(dòng)靜力下膜材的疲勞；膜材制作和施工過(guò)程中的劃傷和折疊等。因此，膜結(jié)構(gòu)建筑中的膜材料必須具有較高的抗拉強(qiáng)度及抗撕裂強(qiáng)度。
2. 阻燃
膜建筑作為永久性或半永久性建筑，膜材本身必須應(yīng)完全滿足有關(guān)建筑材料防火指標(biāo)的要求。以日本膜結(jié)構(gòu)大國(guó)為例：他們?cè)缭?/span>20世紀(jì)80年代就已把膜結(jié)構(gòu)成功地應(yīng)用于諸多大型公共建筑中，并且玻璃纖維布基涂敷聚四氟乙烯膜材料（PTFE材料）也早已通過(guò)了國(guó)家防火測(cè)試試驗(yàn)，但至今仍沒把膜材料作為不燃材料列入國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)，只是要求針對(duì)每個(gè)建筑單體膜材通過(guò)防火測(cè)試，滿足要求即可。一般認(rèn)為PTFE材料是不可燃材料，PVC材料是阻燃材料。
3. 耐久
膜材的耐久性不僅與其布基所用材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且不同的涂層種類，對(duì)布基的保護(hù)程度各不相同，也影響著膜材的使用壽命。膜材老化的主要因素有：紫外線照射下，聚合物自身的化學(xué)不穩(wěn)定；從膜的邊緣或劃傷處由于毛細(xì)虹吸水存在微生物的滋生而引起的發(fā)霉變質(zhì)導(dǎo)致材料性質(zhì)的退化。一般來(lái)說(shuō)，PTFE材料的質(zhì)保期在25年以上，PVC材料質(zhì)保期在10年～15年，但到目前為止，PTFE材料工程有的已超過(guò)25年，PVC材料工程有的已超過(guò)20年，而繼續(xù)正常使用。
4. 自潔
自潔性就是膜材料本身的防污自潔性能。由于PVC材料對(duì)紫外線的化學(xué)不穩(wěn)定性，尤其在夏日里陽(yáng)光下，PVC涂層易離析發(fā)粘，粘附塵埃，且不易被雨水沖掉，影響觀瞻，減少使用壽命。因此，一般建筑用PVC膜材料，在PVC涂層外，再加一層PVF（聚氟乙烯）或PVDF（聚二氟乙烯）或有機(jī)硅面層，能有效地改善其自潔性。PTFE膜材料自身則具有很好的防污自潔性能，不需要添加任何面層材料。
5. 隔音
通常膜結(jié)構(gòu)建筑位于市區(qū)內(nèi)，有的建造在***繁華的鬧市區(qū)，特別是用于音樂(lè)、娛樂(lè)等大型文化活動(dòng)場(chǎng)所，人們即不希望外部噪音傳入室內(nèi)，干擾室內(nèi)活動(dòng)，也不希望室內(nèi)聲音擴(kuò)散出去，為此對(duì)建筑的隔音提出較高的要求。單層膜隔音僅有10dB左右，因此，單層膜結(jié)構(gòu)建筑往往用于對(duì)隔音要求不是太高的活動(dòng)場(chǎng)所，或者通常用巧妙的設(shè)計(jì)、構(gòu)造等手段來(lái)提高其隔音性能。目前有人提出增加膜材料的質(zhì)量可提高其隔音性能，但真正能達(dá)到令人滿意的性能指標(biāo)，尚需待以時(shí)日。
6. 保溫隔熱
單層膜材料的保溫性能大致相當(dāng)于夾層玻璃，如果某建筑物對(duì)保溫性能要求較高，就不得不考慮采用雙層或多層膜，但雙層或多層膜又損害了建筑物的透光性能，一般來(lái)說(shuō)雙層膜的透光率在4%～8%左右。透光性是膜建筑很吸引人的一個(gè)特點(diǎn)，有時(shí)很難讓人在二者之間作出選擇。為使上述矛盾達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，針對(duì)某個(gè)建筑物就必須尋求一種特定的方法，如尋求一種透光性好的內(nèi)層膜材料等。一般來(lái)說(shuō)，就同類膜材料而言，其透光性越高，強(qiáng)度就越低。
膜結(jié)構(gòu)所用的膜材料為具有高強(qiáng)、阻燃、耐久、自潔等特性的高強(qiáng)復(fù)合材料，一般由基布和涂層二部分組成�；贾饕捎酶邚�(qiáng)聚脂纖維或玻璃纖維絲編織而成，有平織和絞織等多種編織方法，不同的編織方法影響著膜材料的經(jīng)緯向力學(xué)性能指標(biāo)，提供膜的抗拉強(qiáng)度和抗撕裂強(qiáng)度等；涂層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項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)，為提高膜材料的耐久、自潔等特性，表面往往有一層氟涂層或硅涂層，提供膜材料的耐火、耐久及防水、自潔等性能，決定著膜材料的物理特性。
膜材料是一種高強(qiáng)柔軟的織物，具有較高的抗拉強(qiáng)度，有一定的抗撕裂強(qiáng)度，但其平面內(nèi)的抗壓、抗彎強(qiáng)度幾乎為零，抗剪強(qiáng)度也很低，并具有一定的各向異性和材料幾何非線性性質(zhì)，使用時(shí)又易發(fā)生應(yīng)力松弛和徐變，因而在膜結(jié)構(gòu)分析計(jì)算中如何正確地確定膜材料的各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系將是一項(xiàng)極其繁瑣而又必不可少的事情。
在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，隨著膜材料品種的不同，膜中預(yù)應(yīng)力一般在1～8kN/m，即使在***不利荷載工況下，膜中應(yīng)力值也只是其抗拉強(qiáng)度的1/4～1/8，為簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)計(jì)算，一般可假定膜材料為正交異性的線彈性材料，由彈性力學(xué)理論可知，平面應(yīng)力正交異性彈性材料的本構(gòu)關(guān)系有如下形式。
所謂風(fēng)洞試驗(yàn)，就是將建筑物的縮尺模型置于一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的管道內(nèi)，用動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生與實(shí)際情況近似的可控制的氣流，并借助一定的測(cè)量?jī)x器，獲得所需的氣動(dòng)力信息。建筑風(fēng)洞也叫做大氣邊界層風(fēng)洞，它要求對(duì)來(lái)流的模擬要滿足大氣邊界層的某些特征，如風(fēng)剖面、湍流度等。風(fēng)洞試驗(yàn)還要滿足一系列的相似準(zhǔn)則，如幾何相似、雷諾數(shù)相似等[3]。實(shí)際上，要完全滿足這些相似條件是不可能的，只能根據(jù)具體情況選擇那些起決定作用的相似條件。
膜結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的確定包含對(duì)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布的預(yù)測(cè)，或者說(shuō)是風(fēng)載體型系數(shù)的確定，以及對(duì)結(jié)構(gòu)在脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的預(yù)測(cè)，或者說(shuō)是風(fēng)振系數(shù)的確定兩部分。盡管風(fēng)洞試驗(yàn)具有費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、某些相似數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確模擬等缺點(diǎn)，但它仍然是目前研究鈍體繞流的主要方法。目前的風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)技術(shù)已比較成熟，借助大氣邊界層風(fēng)洞，通過(guò)對(duì)剛性模型表面動(dòng)態(tài)風(fēng)壓的測(cè)量，所獲得的結(jié)果，可以基本滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。由于膜結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移較大，結(jié)構(gòu)位形的變化必然會(huì)對(duì)其周圍風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響，從而改變其表面的風(fēng)壓分布。所以膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)過(guò)程是一個(gè)典型的流固耦合（風(fēng)與結(jié)構(gòu)相互作用）過(guò)程。對(duì)這一動(dòng)力過(guò)程的風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M必須采用氣動(dòng)彈性模型。氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)涉及到大量的相似參數(shù)和復(fù)雜的觀測(cè)技術(shù)，技術(shù)難度大，目前國(guó)內(nèi)外在這方面都還處于研究階段。
隨著計(jì)算機(jī)有限元技術(shù)的發(fā)展，一種將計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)合起來(lái)，用計(jì)算流體力學(xué)來(lái)模擬結(jié)構(gòu)周圍的風(fēng)場(chǎng)、用計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)來(lái)模擬膜結(jié)構(gòu)，再借助某些參數(shù)的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者之間的耦合作用的所謂“數(shù)值風(fēng)洞”技術(shù)受到了越來(lái)越多的重視。從理論上講，這種方法具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確度和廣泛的適應(yīng)性。在實(shí)際操作上，還有很多技術(shù)問(wèn)題有待于進(jìn)一步探討。
通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)，可以獲得建筑物表面任一測(cè)點(diǎn)的凈風(fēng)壓。將此壓力除以一個(gè)特定的參考風(fēng)壓（通常選擇梯度風(fēng)壓或建筑物檐口高度風(fēng)壓），得到一個(gè)無(wú)量綱系數(shù)，稱為壓力分布系數(shù)。值得注意的是，壓力分布系數(shù)和風(fēng)載體型系數(shù)是不一樣的，即便是在同一個(gè)面上不同測(cè)點(diǎn)的壓力分布系數(shù)也是不一樣的。根據(jù)這些系數(shù)可以畫出建筑物表面的風(fēng)壓等值線圖。在實(shí)際工程中，為了應(yīng)用的方便，通常采用一個(gè)面上壓力分布系數(shù)的加權(quán)平均作為風(fēng)載體型系數(shù)，以供設(shè)計(jì)參考。