充氣膜結構的力學原理介紹

在膜結構中,使用氣壓使膜發生張力,以此來反抗外力的結構,稱為充氣膜結構。依據充氣膜結構力學性質的不同進行分類,可分為氣承式充氣膜結構和氣脹式管狀充氣膜結構。氣承式充氣膜結構車棚是把大面積的膜材周邊固定,使用膜內外兩側的氣壓差使膜發生張力而構成的結構。 典型的結構是將空氣充入裁剪成穹頂形狀的膜面內部,使膜面興起構成穹頂結構這種穹頂被稱為充氣穹頂將空氣充入周邊結實固定的2片膜之間,2片膜各自的力學性質與充氣穹頂基本相同。這類結構,統稱為氣承式。充氣膜結構

為使膜發生張力,不要使穹頂內部的氣壓比外部氣壓高。只要具備應有的支承條件,穹頂內部氣低于外部氣壓,也能夠使膜面發生張力。

氣脹式管狀充氣膜結構,是在制作成管狀的膜材內充人空氣而構成的結構,可形象地理解為用空氣替代香腸肉來塞滿管狀膜。筆直的管狀膜充氣鼓脹水平放置,可得到梁[充氣梁,曲折的管狀膜充氣鼓脹構成拱[充氣拱。把多根這樣的充氣梁或拱并排連接起來,可創造出修建空間。并排的梁或拱并不是相互獨立的,而是用連接構件連接成全體使用。管狀的充氣膜結構,被稱為氣脹式充氣膜結構( air-inflated structure)。

如上所述,充氣膜結構雨棚需求在膜的內部和外部氣體之間發生氣壓差,此刻所需的氣壓差值,在氣承式充氣膜結構和氣脹式管狀充氣膜結構中有很大不同。

通常,在氣承式充氣膜結構中,采用0.002-0.010kg/cm2、(水柱20~100mm)的氣壓差,此氣壓差值不需求依據修建物規劃的巨細而改動。與此相對,氣脹式管狀充氣膜結構中,所需的氣壓差為01~1kg/cm2(水柱1000~10000mm),在相同形狀的梁(或許拱)中, 隨著修建物規劃的加大,所需求的氣壓差也隨之加大。也便是說,氣脹式管狀充氣膜結構與氣承式充氣膜結構比較力學功率較低。為了弄清楚功率較低的原因,對氣壓差發生張力的平面膜與空氣梁上施加相同荷載效果下的狀況進行研究。拿出荷載效果下發生變形的膜的一部分進行研究膜的張力由于膜的變形會發生向上的力,膜有回到原先狀況的趨勢。

相同條件下對充氣梁的一部分進行研究,充氣梁的膜外皮,會發生與平面膜相同的向上的力,但是梁內壓縮空氣的壓力反而發生方向向下的力,使得充氣梁的膜回到原先形態的趨勢被抵消。這便是氣脹式充氣膜結構與氣承式充氣膜結構比較功率較低的原因。將平面膜與充氣梁曲折,即做成充氣穹頂和充氣拱,這種聯系一點也沒改動,也便是說,與充氣穹頂比較,充氣拱不得不說是功率較低的結構。雖然這樣,使用充氣拱結構,是因為這種結構具有特定的長處。充氣穹頂須常常保持穹頂內部與外部空氣的氣壓差,出人穹頂時,要通過空氣密閉出入口(旋轉門與前室等),會感覺非常不方便。與此相對,充氣拱結構的室內氣壓與室外氣壓相同,出入口徹di自由地敞開。并且,以前述富士群館為例能夠看出,氣脹式充氣拱結構能夠構成與氣承式充氣穹頂結構徹di不同的修建造型。由于以上這些理由,估計氣承式充氣膜結構與氣脹式充氣膜結構今后將共同發展.