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膜结构设计规范
作者:管理员    发布于:2012-12-14 00:38:25    文字:【】【】【

I、 膜结构之类别
膜结构之造型类别可分为以下四类:
1. 骨架式膜结构:此类膜结构是固定在精致钢材、空间桁架或其他坚固的构架上,称之为骨架式膜结构如膜结构停车棚。
2. 张力式膜结构:仅利用简单的支撑系统及膜素材自身的张力特性,构成此类膜结构。
3. 气充式膜结构:充气在由膜结构所构成之封闭区间内,随着气压升高所产生之力量,可使膜结构支撑在所须之位置,并提供膜结构所须之张力及对抗载重和外力。
4. 开启式膜结构:在张力式膜结构和气充式膜结构中,被允许局部或全部是可开启的,此类为可开启式膜结构。
II、 材质
1. 膜素材材质可分为三大类:
(1) 类型A:此材质是指以玻璃纤维为其素材,而表面处理为PTFE,且其品质之要求如下:
a. 玻璃纤维之单位重量应大于150g/m2。
b. 表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c. 膜素材之厚度应高于0.5mm。

(2) 类型B:此材质是指以玻璃纤维为其素材,而表面处理为PVC,且其品质之要求如下:  
a. 玻璃纤维之单位重量应大于150g/m2。
b. 表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c. 膜素材之厚度应高于0.5mm。
d. 膜素材应提供防火之处理。

(3) 类型C:此材质是指以聚脂树脂、人造纤维…等或其他类似之材质为其素材,而表面处理为PVC或其他类似之原料,且其品质之要求如下:
a. 玻璃纤维单位重量应大于100g/m2。
b. 表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c. 膜素材之厚度应高于0.5mm。
d. 膜素材应通过JISA 1322之自然试验第二级。
2. 膜素材之张力应满足下列六项条件:
(1) 其张力应大于20kg/cm,在经向(warp)和纬向(weft)的张力差应低于20%。
(2) 张力强度之测试应遵照JISL1096的标准,且特别著重于长条测试,且膜测试之样本应超过5件,取其张力测试之平均值。
(3) 在张力测试时,其伸长量(破坏实验)应低于35%。
(4) 在撕力测试时,其测试宽度为10mm,其撕力大小应高于10kg以及张力之大小之15%。
(5) 若以张力测试值来订定撕力之大小,应满足JISL1096的标准。
(6) 除了上述的测试,朋屹膜结构多年经验得出,膜材尚需考虑其耐久性、对气候之稳定性、防水性等,膜素材应提供充分的条件以符合设计之所需。

3. 当膜素材需要被接合时,接合处应满足以下三项之规定:
(1) 在接合处之强度要求:若接合方式为缝合时,其缝合后之张力强度应高于原素材之70%;若为其他接合方式时,其接合后之张力强度应高于原素材之80%。
(2) 若接合处处于60℃之常温之下,其张力强度应高于原素材之60%。
(3) 接合处之张力强度测试应满足上述第2项中之(2)。

4. 膜素材之张力实验应由实验超过3个样本所得之平均值所得。

5. 若以膜结构为建筑结构为主要部分者,需再满足下列规定:
(1) 钢索其品质要求,应高于以下之标准:JISG 3525,亦可依JISG3502、JISG3506、JISG4309之规定,所至之结构钢索其折损载重应与张力强度FC相关。
(2) 合成纤维索其品质要求应高于以下之规定:JISL2703、JISL2704、JISL2705、JISL2706、JISL2707,且张力强度应为F1。
(3) 不锈钢索应使用SUS304或高于JISG4309规定之品质,其承受力之大小应满足JISZ2241之规定且应力测试点之伸长量允许值约为0.2%。
(4) 开启式的膜结构上所使用的钢及其装置,其品质要求应高于以下之规定:JISG4051、JISG4102、JISG4103、JISG4104、JISG4105、JISG4106、JISG3201、JISG5101、JISG5501、JISG1101之规定,且应满足所对应之单位允许应力。

III、 结构设计和一般性的结构
1. 若膜素材为主要的结构时,不论在何时(除了在修复检查或其他不可避免的情况时),膜素材应维持其应有张力。
2. 若张力大小不如预期时,应作适当的测试与调整以避免结构体损坏。
3. 膜的形状应考虑到雨雪的加速滑动。
4. 骨架式和张力式的膜结构在建构时,应注意:
(1) 当膜素材断裂时,其支撑点不至于倾倒。
(2) 当膜结构安装好时,不论是部分或是整体开启时,开启的部分不会倾倒。

5. 充气式的膜结构应维持自身应有的气压,在检视和修复时,需考量没有危险的情况下,才允许失去其气压。
6. 可开启式的膜结构应满足下列条件:
(1) 应注意在开启的过程中是否有危险之虞。
(2) 在开启的状态下,是否会因风力、雨水而导致结构体的损毁。
(3) 开启的设备满足结构上的安全性。

7. 当膜素材利用其他配件,如钢索(Cable)来补强时,膜表面所之张力应平顺地转移至其他结构体上。
8. 基座应在混凝土的结构上加以补强。
9. 在膜素材和其他物质地交接面时,可以预期该处之应力值会较大,因此,应提供适当的补强,以避免膜的损坏。
10.在接点处,应力应平稳地兹膜材质传送至另一物质,应加以考量必须补强及预防突然而来之力量导致破坏。
11.膜结构的其他配件亦应满足结构安全性之考量,并配合实际膜结构之所须。

IV、 结构计算
1. 膜结构主要的结构计算:
(1) 考虑膜素材在膜结构上所承受之力量大小之结构计算,应满足下列规定:
a. 膜结构在膜承受载重时的切面所受应力之影响须加以计算。
b. 不论是持续性或是间歇性的载重所产生之单位应力,作用在膜结构的切面,应由下表加以计算而得。
朋屹膜结构提示:注意结构类别、 应力类别、 天候因素主要分 一般情况 雪量很大之地区

架式、张力式的
膜结构 持续性载重 一般情况 G+P+Ti G+P+Ti
G+P+S+Ti
 间歇性载重 雪季 G+P+S+Ti G+P+Ti
G+P+S+Ti
  暴风雨 G+P+W+Ti G+P+W+Ti
G+P+W+S+Ti
  地震 G+P+W+Ti G+P+W+Ti
G+P+W+S+Ti
气充式膜结构 持续性载重 一般情况 G+P+Pi G+P+Pi
G+P+S+Pi
 间歇性载重 雪季 G+P+S+Pi G+P+Pi
G+P+S+Pi
  暴风雨 G+P+W+Pi G+P+W+Pi
G+P+S+W+Pi
  地震 G+P+K+Pi G+P+W+Pi
G+P+S+W+Pi

其中  G=静载重所产生之应力
      P=活载重所产生之应力
S=来自雪压所产生之应力
W=来自风压之所产生之应力
K=来自地震之所产生之应力
Ti=初始之张力值之应力
Pi=内部压力所产生之应力
由上式所计算之值,朋屹膜结构计算后得到不应超过所计算出之允许单位应力值。
2. 载重和外力
(1) 应考量的载重和外力有下列七项:
a. 静载重:G
b. 活载重:P
c. 雪载重:S
d. 风压:W
e. 地震:K
f. 初始压力:Ti-适用在骨架式和张力式膜结构
g. 内部压力:Pi-适用在气充式膜结构


(2) 除了上述规定由水压、振动外力之撞击,亦应加以考量,且应符合实际情况。
(3) 自载重和活载重的计算须考虑实际情况。
(4) 当静载重之值小于或等于雪载重 时,则考虑之雪载重应将实际之雪载重乘上1.1倍。
(5) 尽管上式将雪载重做了规定,但可开启式膜结构之雪载重,仍需考虑在开启时、闭合时、或开启闭合执行中之真实状态,加以考虑。
(6) 风压需如规范所求。
(7) 尽管上式将风压做了规定,但可开启式膜结构之风压,仍需考虑在开启时、闭合时、或开启闭合执行中之真实状态,加以考虑。
(8) 地震需如规范所求,但可开启式膜结构之地震力,可不需有额外之考虑。
(9) 而气充式的膜结构其内部压又应由下列所规定:
一般情况:高于20KG/m
雪季:大于(S+20)KG/m
强风:和一般情况时相同。
暴风雨:和下表所述之值相等和大于。
地震:和一般情况时相同。

 H/W 内部压力kg/m  H/W 内部压力kg/m
球体 0.75 ≧q 圆柱状(b) 0.75 ≧0.8q
 0.5 ≧0.7q  0.5 ≧0.6q
 Max×0.375 ≧0.6q  Max×0.375 ≧0.5q
其中H为建筑物的高度(m)
而W为建筑物的最大的宽度
Q为速压(Velocity pressure)

3. 可允许之单位应力
可允许之单位应力应如下之规定
(1) 单位应力值如下表:
持续性载重所产生之可
允许单位应力 间歇性载重所产生载重所产生之可允许单位应力
Fm/8 其值为前者之二倍
           此表中Fm表示膜素材之张力强度;而在膜之接合处,若是以螺栓接合,其值应乘上0.9。
(2) 在上述中,在接合处的张力强度Fm’=0.9×n×Fm取得,其中Fm表示膜素材之张力强度,n为使用膜素材之总层数。
(3) 而在膜素材之固定端之允许单位张力大小应如下所规定:          
持续性载重所产生之可
允许单位应力 间歇性载重所产生载重所产生之可允许单位应力
FT/6 FT/3
(4) 而在不锈钢索和钢索之可允许单位张力大小应如下所规定:

材质  持续性 间歇性
[1] 金属索 固定端 Fc/3 Fc/2.2
  可移动端 结构使用 Fc/4.5 Fc/3
   移动使用 -- Fc/5
[2] 合成纤维绳索 Fr/6 Fr/4
[3] 不锈钢索 Fsw/1.88 Fsw/1.25
         而其中Fc:为金属索之张力强度。
Fr:为合成纤维绳索之张力强度。
Fsw:为不锈钢之标准力量。            

(5) 在可开启式膜结构之钢配件部分应如下表所规定:
应力之种类 持续性 间歇性
     张力            Fs/1.5 Fs/1.15
压力 Fs/1.72 Fs/1.35
弯曲 张力 Fs/1.5 Fs/1.15
 压力 Fs/1.72 Fs/1.33
剪力 Fs/1.5
Fs/1.15

承轴 Fs/0.7 Fs/0.82
其中Fs为钢材之标准规格力量

4. 材质力量
(1) 金属绳索之受力大小应为0.7F
(2) 可开启式膜结构之配件和开启系统装置,其张力、压力,弯曲受力皆为Fs,而所受之剪力为Fs/3,而其中,Fs为钢材之标准规格力量。
5. 其他部分之结构计算
应计算其他部分之结构是否符合安全考量。

 朋屹膜结构——

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