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充氣結(jié)構(gòu)及其類別
一片只能承受拉力的柔性薄膜如果受到一種有壓差的氣體作用時,呈現(xiàn)出充氣的形狀,它朝著氣體密度低的方向變形,直到位置和形狀都穩(wěn)定為止。充氣受壓后的薄膜能夠承受一定的外力,根據(jù)這一基本原理,可利用薄膜和受約束的氣體共同構(gòu)成為一種結(jié)構(gòu)體,這樣所形成的結(jié)構(gòu)就是充氣結(jié)構(gòu)。
在建筑中,充氣結(jié)構(gòu)可以用單層(單氣膜),也可以用雙層薄膜(雙氣膜)來承受荷載。所謂單氣膜還是雙氣膜,是根據(jù)使用空間和大氣之間發(fā)揮主要結(jié)構(gòu)效用的薄膜的層效來決定的。單氣膜結(jié)構(gòu)中,使用者和環(huán)境之簡依次是人--氣體(非常壓)--張力薄膜--大氣的序列:雙氣膜結(jié)構(gòu)中,使用者和環(huán)境之間依次是人--空氣(常壓或非常壓)--張力薄膜--氣體(非常壓--張力薄膜--大氣的序列。單氣膜的支求介質(zhì)必須是空氣,其密度必須對生理無害:雙氣質(zhì)的兩層受力薄膜中間可以用其他氣體或高壓空氣,作為建筑物的一部分,這些結(jié)構(gòu)通常都是封閉的,非常壓的氣體被約束在薄膜或薄膜與其它建筑部件圍合的空間內(nèi)部。
若根據(jù)被約束氣體壓力的大小,還可以把充氣結(jié)構(gòu)分為兩個基本類別:低壓充氣結(jié)構(gòu)和高壓充氣結(jié)構(gòu)。低壓充氣結(jié)構(gòu)中,被約束氣體與大氣的壓差一般為10~100mm水柱,作用在氣密壁上的是10~~100kg/㎡的較低壓力。而在高壓充氣結(jié)構(gòu)中,一般是1,000~~7,000mm水柱的壓差,即需保持1,000~7,000kg/m2的較高壓力。單氣膜通常是低壓的:而雙氣膜可能是高壓的也可能是低壓的,且通常要比單氣膜高些。
此外,根據(jù)被約束氣體的壓力的性質(zhì),可以把充氣結(jié)構(gòu)分為負(fù)壓體系和正壓體系。不同類別的壓力對結(jié)構(gòu)形式有巨大的影響,產(chǎn)生了完全不同的邊界構(gòu)成方式和空間形狀。正壓體系的薄膜是向外凸的:而負(fù)壓體系的薄膜是向內(nèi)凹的,因此負(fù)壓體系屋面的設(shè)計要求仔細(xì)處理積雪和積水等可能造成的問題。
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