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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果张拉膜结构的概念设计一、从结构方式上大致可分为骨架式、张拉式、充气式膜结构3种形式海口海洋世界入口膜结构 1.骨架式膜结构 以钢构或是集成材构成的屋顶骨架后，在其上方张拉膜材的构造形 式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制， 且 经济 效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。 青岛 音乐 广场 2.张拉式膜结构 以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安 定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现
2、膜结 构精神的构造形式。 近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成 钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求高，结构性能强，且具丰 富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。 3.充气式膜结构 充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气 压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压 来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工 快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器 维护费用的成本上较高。 二、膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度，柔韧性好的薄膜材料，是由纤维编织成织物基材，在其基材两面以树脂为
3、涂层材所加工固定而成的材料，中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维，而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂，硅酮及聚四氟乙烯树脂，在力学上织物基材及涂层材分别具有 影响 下列的功能性质。 织物基材抗拉强度，抗撕裂强度，耐热性，耐久性，防火性。 涂 层 材耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。 三、膜材的正确选定用于建筑膜结构的膜材，依涂层材不同大致可分为PVC膜与PTEF膜，膜材的正确选定应考虑其建筑的规模大小、用途、形式，使用年限及预算等综合因素后决定。 PVC膜 PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材质柔软，易施工的优点。但在强度、耐用年限、防火性等性能上较PTFE膜差。
4、PVC膜材是由聚脂纤维织物加上PVC涂层而成，一般建筑用的膜材，是在PVC涂层材的表面处理上，涂以数micron厚的压克力树脂，以改善防污性。但是，经过数年之后就会变色、污损、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用环境不同在58年。为了改善PVC膜材的耐侯性，近年来已研发出以氟素系树脂于PVC涂层材的表面处理上做涂层，以改善其耐侯性及防污性的膜材。 PVDF PVDF是二氟化树脂的略称，在PVC膜表面处理上加以PVDF树脂涂层的材料称为PVDF膜。PVDF膜与一般的PVC膜比较，耐用年限改善至710年左右。 PVF PVF是一氟化树脂的略称。PVF膜材是在PVC膜的表面处理上以PVF树脂做薄膜状
5、薄片加工，比PVDF膜的耐久性更佳，更具有防沾污的优点。但因为加工性、施工性与防火性都不佳，所以使用用途受到限制。 PTFE膜 PTFE膜是在超细玻璃纤维织物上，涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性与防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较，材料费与加工费高，且柔软性低，在施工上为避免玻璃纤维被折断，须有专用治工具与施工技术。 耐久性：涂层材的PTFE对酸、硷等化学物质及紫外线非常安定，不易发生变色或破裂。玻璃纤维在经长期使用后，不会引起强度劣化或张力减低。膜材颜色一般为白色、透光率高，耐久性在25年以上。 防污性：因涂层材为聚四氟乙烯树脂，表面摩擦系数低，所以不易
6、污染，可藉由雨水洗净。 防火性：PTFE膜符合近所有国家的防火材料试验合格的特性，可替代其它的屋顶材料做同等的使用用途。 四、工程 应用 体育 设施体育场馆、健身中心等 交通 设施机场、火车站、公交车站、高速公路收费站、加油站等文化设施展览/会议中心、剧场、博物馆、动物园、水族馆等景观设施建筑入口、泳池小品、小区长廊、户外广场、公园小品、标识性建筑等商业设施购物中心、餐厅、步行街等 工业 设施工厂、仓库、污水处理中心、物流中心、温室等 只有正确表达结构逻辑的建筑才有强大的说服力与表现力“这句话揭示了张拉膜结构的精髓。对于张拉膜结构，任何附加的支撑和修饰都是多余的，其结构本身就是造型；换句话说，
7、不符合结构的造型是不可能的，因为那样的薄膜不是飘动的就是缺乏稳定性的。张拉膜结构的美就在于其”力“与”形“的完美结合。 张拉膜结构的基本组成单元通常有：膜材、索与支承结构。 膜材一种新兴的建筑材料，已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。膜材本身不能受压也不能抗弯，所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。此外，要保证膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力；而膜结构是通过改变形状来分散荷载，从而获得最小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时，可产生两种回复力：一个是由几何变形引起的；另一个是由材料应变引
8、起的。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。 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，从而保证不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。 膜结构设计主要包括以下 内容 ： 1，初始态 分析 ：确保生成形状稳定、
9、应力分布均匀的三维平衡曲面，并能够抵抗各种可能的荷载工况；这是一个反复修正的过程。 ，荷载态分析：张拉膜结构自身重量很轻，仅为钢结构的15，混凝土结构的140；因此膜结构对地震力有良好的适应性，而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于 目前 观测资料尚少，故对膜结构的设计通常采用安全系数法。 ，主要结构构件尺寸的确定，及对支承结构的有限元分析。当支承结构的设计 方法 与膜结构不同时，应注意不同设计方法间的系数转换。 ，连接设计：包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。 ，剪裁设计：这一过程应具备必要的试验数据，包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值。 膜结构在方案阶段需要考虑的 问题
10、有： 1，预张力的大小及张拉方式； ，根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式； ，考虑膜面及其固定件的形状以避免积水； ，关键节点的设计，以避免应力集中； ，考虑膜材的运输和吊装； ，耐久性与防火考虑。 在膜结构设计阶段所要考虑的要点有： 1，保证膜面有足够的曲率，以获得较大的刚度和美学效果； ，细化支承结构，以充分表达透明的空间和轻巧的形状； ，简化膜与支承结构间的连接节点，降低现场施工量。 膜结构 研究 的主要问题有： 1，找形或更进一步叫“形态 理论 ”； ，考虑膜材松弛和各向异性下的结构响应； ，结构在风荷载作用下的动力稳定性； ，裁剪优化； ，膜与索及支承结构间的相互作用。 课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。
