1、膜规划与膜材料

　　1.1 膜规划概念、来历和展开

　　膜规划(Membrane Structure)，也即张拉膜规划(Tesioned Membrane Structure)，是依托膜材本身的张拉力和格外的几何形状而构成的安稳的承力体系。膜只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面安稳性是依托互反向的曲率来保证，因而需制作成凹凸的空间曲面，故习惯上又称空间膜规划。

　　陈腐的膜规划在公元前几千年就现已呈现，最早是由天然枝条和兽皮搭成的帐篷(Pavilion)，然后展开到由铁木和帆布制作成林林总总的形状。可是，从欧洲古罗马帝国、中国汉朝时代到十九世纪末，膜规划几乎处于一个阻滞展开的时间。直到第2次工业革命,化学工业和工程力学迅速展开，高分子组成材料技能得到大力改进，膜材料脱节茹毛饮血的状况,现代膜规划才初步蓬勃展开。另外，两次世界大战也加快了膜规划的展开。

　　1917年美国兰彻斯特建议运用新发明的电力鼓风机将膜布吹胀，作野战医院，但没有实在成为运用的商品。1946年，一位名为贝尔德的人为美国军方做了一个直径 15m圆形充气的雷达罩，由此而衍生出了新的膜规划工业工业。最受人注目的是1967年Frei Otto描写的加拿大蒙特利尔博览会上的西德馆，其以轻质透明有机织片作为顶部规划，开了膜规划商业化的先河。1970年日本大阪万国博览会上一座气承式膜规划的拟椭圆形美国馆（标准140×83.5m），初度选用了聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物，这是世界上第一个大跨度的膜规划。往后，膜规划象雨后春笋，迅速展开。

　　膜规划的展开总是和膜材（Membrane Material）的行进分不开的，下面先剖析膜材料。

　　1.2 膜材料的组成和分类

　　粗浅地讲，膜材便是氟塑料表面涂层与织物布基按照特定的技能粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料涂层有PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等。织物布基主要用聚酯长丝（涤纶PES）和玻璃纤维有两种。

　　膜材的粘合便是将涂层与基材合二为一组成整体。修建规划所用的膜材大多是以压延成型和涂刮成型的。 所谓压延成型，便是将选定的软PVC经塑炼后投入压延机，按照所需厚度、宽度压延成膜，当即与布基粘合，再通过轧花、冷却即可制得压延膜材。而涂刮成型，则是将聚氯乙烯糊均匀地涂或刮在布基上，再加热处理即可获得涂刮膜材，广泛的是选用刮刀直接涂刮，也有选用辊式涂刮的。

　　根据表面涂层(Coating)和织物基材(Layer)不一样，膜材料分为三大类。（1）A类膜材是玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂(PTFE)，这种膜材的化学功用极点安稳，露天运用寿数达25年以上，为不燃材料(通过A级防火检验)。(2) B类膜材料是玻璃纤维布基上敷硅酮涂层，由于膜材本身功用欠佳，如今底子不再运用。(3 ) C类型膜材料是聚酯长丝布基上涂聚氯乙烯树脂(PVC)，这种膜材受自然条件如日晒雨淋等影响较大，一般运用寿数为10年至15年，是难燃材料（(通过B1级防火检验)。

　　1.3 膜材料的性质

　　膜作为继木材、砖石、金属、混凝土之后的第五代修建规划材料，具有显着的本身特性。第一代木材和第三代钢材拉压功用均出色，第二代砖石和第四代混凝土则只具有出色的抗压才干，作为第五代的膜材料则只能受拉，没有承压和抗弯曲才干，这是膜的最本质的特征。具体地讲，膜材的主要特征如下：

　　（1）拉伸功用

　　膜材的拉伸功用包括拉伸强度(Tensionn Strength)、拉伸模量(Modulus of Elasticity)和泊松比(Poisson’s Ratio)三个力学方针。膜材本身不能受压也不能抗弯，但具有很高的拉伸强度，所以要使膜规划正常作业就有必要引入预拉力、并构成互反曲面。一般膜材料的拉伸强度都可达100MPa以上。

　　模材应力-应变联络对错线性的，一般选用切线模量作为弹性模量，膜材的弹性膜量约为钢的1/3左右。膜材的泊松比，即横向变形特征，约为0.2左右。由于膜是双向受力规划，描写时有必要以膜材的双轴拉伸实验判定膜的弹性膜量及泊松比。

　　（2）撕裂强度

　　膜材是张拉规划材料，其撕裂损坏比受拉损坏要严肃许多，所以撕裂强度和抗撕裂功用非常重要。PVC涂覆聚酯长丝织物具有中等的撕裂强度，PTFE涂覆玻璃纤维的材料具有较高的撕裂强度。

　　（3）正交异向性

　　张拉膜规划曲面需要经向和纬向两个主轴方向反向曲率来保证，一个方向的曲率向下凹，另一个方向有必要向上凸。传统膜材基材是由经﹑纬向纱线编织而成，因而呈现很强的正交异性功用，经纬向变形才干相差达3-5倍之多。

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