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膜結構相關知識

一、關于結構膜

　　一般鋼結構屋頂，是由橋梁支撐屋面板，上面覆蓋防水、隔熱層，這些屋面材料皆不承受結構力。但膜結構中的膜本身就承受活荷載包括風壓、溫度應力等，膜既是覆蓋物，亦是結構的一部分。 以材質分類，結構膜有以下兩種：

　　1、織布合成膜：以聚酯絲織成的市心，雙面涂以PVC樹脂，再用熱熔法覆蓋上一層聚氟乙烯膜，制成復合膜，使用年限從 7年延長到15年。因布心的張力強度較大可以使用于多種的張啦力型結構，跨度可達8m－10m，在美、日、法等國皆生產多種品牌。

　　2、平面不織膜：由各種塑料，在加熱液化狀態下擠出的膜，它有不同厚度、透明度及顏色，通用的是聚乙烯膜。亦有以聚乙烯和聚氯乙烯熱熔后制成的復合膜，其抗紫外線及自潔性強，且使用年限可從7年延長到15年，此種膜因張力強度不大，而自跨度不大，屬于半結構性的膜材。

　　二、幾種膜結構

　　與上述結構膜結合的結構大約有下述幾類：

　　1、混凝土結構主體加鋼拱以上兩種的膜結構，依平面的形狀，如方形、菱形等，可有許多變化，拱的間距依使用的膜材強度、設計荷載、風力等確定。

　　2、純鋼拱形結構采用傳統的梁柱系統，屋頂為圓拱式，柱梁間距一般為8m左右。

　　3、混凝土主體結構加鋼索脊素為上彎，位于膜布下面，谷索為下彎，位于膜上面。兩種鋼索的彎向相反張拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的張力，膜布中水平方向的張力直接張拉形成。

　　4、混凝土主體結構加鋼柱

　　5、張拉式帳篷膜結構

　　6、大型跨度在200m以上氣撐式膜結構　　用扁鋼作的鋼索加上膜布，可以做成大跨度的巨型屋頂。這種建筑，結構簡單，施工方便，經濟效益高，無需維修。但因需常年維持封閉，進出較不便，現己不再新建，但仍不失為一種好的結構形式。由于膜結構需要的設計及剪裁，以達到理想的效果，大衛、蓋格和哥倫比亞大學的同僚邁克、馬克麥克和約塞夫、賴特共同開發了非線性鋼索計算程式，為氣撐式大型膜屋頂工程設計奠定了基礎。自1973年至1978年，在世界各地一連建造了12座氣撐式膜結構大型室內體育館，與同時期落成的其他球場比較，這些膜結構的體育館不但價格便宜，而且施工快。面積40000m2的銀頂球場的屋頂只用了11.5個月即全部完成。為世界之室內體育館。

　　7、鋼索穹頂　　1980年左右，蓋格先生又創造了使用結構膜的新技術，這種新技術是基于工程哲學家巴克明斯特。富勒的理論。富勒認為現代的結構都是在對抗地心吸引力，不斷地爭取壓力的連續性，但自然界并非如此。這是一項看似平淡，實則非常智慧的哲理，1983年他發表的文章中建議在結構上逐步減少壓力的影響，而增加張力的作用，富勒將他的新觀念命名為“張力式”，英語是張力Tension和完整（Integrity二字的合成。在這種理想的結構中“壓力桿件是張力大海中的一個小島”。蓋格先生對富勒的哲理，則有更進一步的解釋，他認為“空間的跨越是由連續的張力索和不連續的壓力桿”完成的。在這一理論基礎上，他提出鋼索穹項由以下桿件組成：張力環經由數目為四的倍數的脊索、環索、中繼斜拉索、壓力桿和斜拉索而到達壓力環梁，形成一個完整封閉的張力拱結構系統。