膜材料的性質(zhì)

  膜作為繼木材、磚石、金屬、混凝土之后的第五代建筑結(jié)構(gòu)材料，具有顯著的自身特性。第一代木材和第三代鋼材拉壓性能均良好，第二代磚石和第四代混凝土則只具備良好的抗壓能力，作為第五代的膜材料則只能受拉，沒有承壓和抗彎曲能力，這是膜的最本質(zhì)的特征。具體地講，膜材的主要特征如下：

  （1）拉伸性能

  膜材的拉伸性能包括拉伸強(qiáng)度(Tensionn Strength)、拉伸模量(Modulus of Elasticity)和泊松比(Poisson’s Ratio)三個力學(xué)指標(biāo)。膜材本身不能受壓也不能抗彎，但具有很高的拉伸強(qiáng)度，所以要使膜結(jié)構(gòu)正常工作就必須引入預(yù)拉力、并形成互反曲面。通常膜材料的拉伸強(qiáng)度都可達(dá)100MPa以上。

  模材應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是非線性的，一般采用切線模量作為彈性模量，膜材的彈性膜量約為鋼的1/3左右。膜材的泊松比，即橫向變形特征，約為0.2左右。由于膜是雙向受力結(jié)構(gòu)，設(shè)計時必須以膜材的雙軸拉伸實驗確定膜的彈性膜量及泊松比。

  （2）撕裂強(qiáng)度

  膜材是張拉結(jié)構(gòu)材料，其撕裂破壞比受拉破壞要嚴(yán)重很多，所以撕裂強(qiáng)度和抗撕裂性能非常重要。PVC涂覆聚酯長絲織物具有中等的撕裂強(qiáng)度，PTFE涂覆玻璃纖維的材料具有較高的撕裂強(qiáng)度。

  （3）正交異向性

  張拉膜結(jié)構(gòu)曲面需要經(jīng)向和緯向兩個主軸方向反向曲率來保證，一個方向的曲率向下凹，另一個方向必須向上凸。傳統(tǒng)膜材基材是由經(jīng)﹑緯向紗線編織而成，因而呈現(xiàn)很強(qiáng)的正交異性性能，經(jīng)緯向變形能力相差達(dá)3-5倍之多。

  （4）蠕變和松弛

  蠕變和松弛是膜材的另一個重要特性，也是膜起皺和失效的重要原因，在裁剪分析和加工時需要考慮這個因素。聚酯長絲織物在使用的頭十年里就會因為蠕變喪失50%的預(yù)張拉力，相反，玻璃纖維織物要穩(wěn)定很多。

  （5）非力學(xué)性質(zhì)：安全方面的性質(zhì)，如耐久性、防火性能、防雷性能等；非安全方面性質(zhì)，如隔音或音響性能、自潔性能等等。

  由于膜結(jié)構(gòu)的造型要求和膜材自身特性的原因，膜結(jié)構(gòu)設(shè)計與其它結(jié)構(gòu)有很大的不同。膜結(jié)構(gòu)設(shè)計包括形狀確定(“找形”，F(xiàn)orm Finding)、荷載分析(Loading Case Analysis)和裁剪分析(Cutting Pattern)等三方面內(nèi)容，下面分別論述。
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