CN102251614B - 混合充气膜结构 - Google Patents

Abstract

一种建筑结构技术领域的混合充气膜结构包括：整体支承膜结构、气承膜、膜固定边、靴垫、支撑充气系统和包覆充气系统，整体支承膜结构通过靴垫固定于地面，气承膜包覆于整体支承膜结构上且通过膜固定边固定于地面，整体支承膜结构和气承膜分别与支撑充气系统和包覆充气系统连接。本发明跨度大、抗风能力高、轻质、安装与拆卸方便且能够用于中、大跨屋盖结构，适应多种平立面建筑空间布局。

Description

混合充气膜结构

技术领域

本发明涉及的是一种建筑结构技术领域的装置，具体是一种混合充气膜结构。

背景技术

膜结构始于1952年，其典型形式为骨架式膜、张拉膜、气承膜和气囊膜，骨架式膜由复杂拓扑空间网格结构支承膜，张拉膜由分散的桅杆和拱支承并通过索张拉和稳定膜，气承膜由充气使建筑空间内外产生压差以支承建筑膜，气囊膜由充气使气室使内外产生压差以保持气囊刚度用于建筑结构，这些结构都被广泛研究，其中：骨架式膜和张拉膜技术成熟，国内外广泛应用。气承膜早期为大矢高如美国早期雷达穹顶，逐渐发展为低矢高屋面。1970年并首次在大阪世界博览会美国馆采用，随后在美国和加拿大等建成近10座大于100米跨的气承式膜建筑，但抗风和抗雪承载力低、安全性差。气囊膜跨越力较小，多用于小型建筑或网格单元化建筑。

经过对现有技术文献的检索发现，李方慧著的“气承式膜结构全过程分析”(哈尔滨工业大学，2003.)采用气承式膜，进行膜结构的分析研究。陈务军、唐雅芳、任小强等著的“ETFE充气膜结构设计设计分析方法与数值分析特征研究”(《空间结构》，2010，16(4)：38-44)采用气囊膜，研究了气囊膜分析方法和结构特性。高海健、陈务军、付功义著的“预应力薄膜充气梁模态分析方法及特性研究”(《华南理工大学学报》，2010，38(7)：135-140)采用充气梁，研究了充气梁分析方法和结构特性。冯远红、阎文魁、殷继刚、陈务军著的“拱形气肋充气阶段力学性能分析与试验”(《空间结构》，2009，15(2)：74-79)采用拱形气肋，研究充气受力分析方法和试验。这些充气膜结构抗风和抗雪承载力低、安全性差、气囊膜跨越力小。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种混合充气膜结构，该结构跨度大、抗风能力高、轻质、安装与拆卸方便且能够用于中、大跨屋盖结构，适应多种平立面建筑空间布局。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：整体支承膜结构、气承膜、膜固定边、靴垫、支撑充气系统和包覆充气系统，其中：整体支承膜结构通过靴垫固定于地面，气承膜包覆于整体支承膜结构上且通过膜固定边固定于地面，整体支承膜结构和气承膜分别与支撑充气系统和包覆充气系统连接。

所述的整体支承膜结构包括：气囊组件和充气梁组件，其中：气囊组件通过靴垫固定于地面，充气梁组件与气囊组件的每个气肋连接，气承膜包覆于气囊组件和充气梁组件上。

所述的气囊组件由若干个拱形气肋组成或者由若干个拱形气肋和若干个连接气肋组成，该气囊组件的处于同一平面的气肋的中心点连接构成对称图形。

所述的拱形气肋和连接气肋的截面均为圆形。

所述的充气梁组件由若干个形状相似的充气梁架组成，该充气梁架与地面平行。

所述的支撑充气系统充入气压大于大气压5000Pa。

所述的包覆充气系统充入气压大于大气压300Pa。

所述的靴垫由依次串联连接的固定膜垫、连接膜垫和支撑膜靴组成，其中：固定膜垫固定于地面，支撑膜靴与整体支撑膜结构连接。

所述的固定膜垫、连接膜垫和支撑膜靴均为圆形，固定膜垫的直径大于连接膜垫的直径大于支撑膜靴的直径大于连接气肋的直径。

气承膜覆盖连接于气囊组件和地面边界，具有围护和结构双功能，承受风、雪等外载荷，将其作用传递至拱形气肋或内气压承受，整体支承膜结构与气承膜各具有独立的充气系统。

在正常条件下，整体支承膜结构和气承膜共同作用且均能够处于较低压力水平，使膜处于低应力状态，特别是高压气肋处于低压状态能够延长其使用寿命，以及保持设备的安全性。在处于强风、大雪载荷条件下，整体支承膜结构和气承膜均处于各自合理高压水平，能够降低压力峰值，从而降低设备要求，以及降低膜最大受力，提高结构整体抗风能力。在非正常条件下，如充气系统故障、结构膜损坏撕裂，两套独立的充气系统、两类膜结构体系，能够提高结构的鲁棒性，进而提高可靠性、安全性。

本发明充分利用气承膜、充气梁组件和拱形气肋的特点，实现混合充气膜结构的跨越能力、抗风能力、安全性能的增加、轻质、拆卸和安装成形简捷，能够应用于临时或半永久性大跨建筑，如野外大型试验场、飞机临时维修库、大型野营帐篷等，同时能够应用于一般工业与民用大跨建筑，如仓储、展览场等。

附图说明

图1为实施例1结构示意图。

图2为本发明靴垫的结构示意图。

图3为实施例2结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本发明包括：整体支承膜结构1、气承膜2、膜固定边3和靴垫4，其中：整体支承膜结构1通过靴垫4固定于地面，气承膜2包覆于整体支承膜结构1上且通过膜固定边3固定于地面。

所述的整体支承膜结构1包括：气囊组件5和充气梁组件6，其中：气囊组件5通过靴垫4固定于地面，充气梁组件6与气囊组件5的每个气肋连接，气承膜2包覆于气囊组件5和充气梁组件6上。

所述的气囊组件5由若干个拱形气肋7和若干个连接气肋8组成，该气囊组件的处于同一平面的拱形气肋7和连接气肋8的中心点连接构成中间矩形两端半圆形，气囊组件5为胶囊形状。

所述的拱形气肋7和连接气肋8的截面均为圆形。

所述的拱形气肋7的拱形跨度L、高度H、间距a、拱形气肋直径d1按实际需要确定取值。

所述的连接气肋8两侧的支撑气肋的圆心角α、连接气肋直径d2按实际需要确定取值。

所述的充气梁组件6由若干个形状相似的充气梁架组成，充气梁架与地面平行，同时充气梁架的直径d3按实际需要确定。

所述的整体支承膜结构1与气承膜2分别连接支撑充气系统9和包覆充气系统10，其中：支撑充气系统9充入气压大于大气压5000Pa，包覆充气系统10充入气压大于大气压300Pa。

所述的靴垫4由依次串联连接的固定膜垫11、连接膜垫12和支撑膜靴13组成，其中：固定膜垫11固定于地面，支撑膜靴13与整体支撑膜结构1连接。

所述的固定膜垫11、连接膜垫12和支撑膜靴13均为圆形，固定膜垫11的直径d6大于连接膜垫12的直径d5大于支撑膜靴13的直径d4大于连接气肋的直径d2。

实施例2

如图3所示，本实施例中所述的气囊组件5由若干个拱形气肋7组成，该气囊组件5的气肋的中心点连接构成圆形，气囊组件5为穹顶形状。

本装置的构件尺寸、材料选择、工艺设计能够针对具体应用确定，包括拱形气肋7跨度L、高度H、平行布置拱形气肋7间距a、扇形布置拱形气肋7圆心角α、拱形气肋7直径d1、连接气肋8直径d2、充气梁架直径d3。拱形气肋7拱轴线为圆形或者椭园。膜材能够采用PES/PVDF或PTFE高强建筑膜，膜固定边3能够采用铝合金。拱形气肋7、充气梁组件6的充气梁架、气承膜2内空气压力能够根据跨度荷载要求进行设计取值。

Claims (9)

1.一种混合充气膜结构，其特征在于，包括：整体支承膜结构、气承膜、膜固定边、靴垫、支撑充气系统和包覆充气系统，其中：整体支承膜结构通过靴垫固定于地面，气承膜包覆于整体支承膜结构上且通过膜固定边固定于地面，整体支承膜结构和气承膜分别与支撑充气系统和包覆充气系统连接。

2.根据权利要求1所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的整体支承膜结构包括：气囊组件和充气梁组件，其中：气囊组件通过靴垫固定于地面，充气梁组件与气囊组件的每个气肋连接，气承膜包覆于气囊组件和充气梁组件上。

3.根据权利要求2所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的气囊组件由若干个拱形气肋组成或者由若干个拱形气肋和若干个连接气肋组成，该气囊组件的处于同一平面的气肋的中心点连接构成对称图形。

4.根据权利要求3所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的拱形气肋和连接气肋的截面均为圆形。

5.根据权利要求2所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的充气梁组件由若干个形状相似的充气梁架组成，该充气梁架与地面平行。

6.根据权利要求1所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的支撑充气系统充入气压大于大气压5000Pa。

7.根据权利要求1所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的包覆充气系统充入气压大于大气压300 Pa。

8.根据权利要求1所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的靴垫由依次串联连接的固定膜垫、连接膜垫和支撑膜靴组成，其中：固定膜垫固定于地面，支撑膜靴与整体支撑膜结构连接。

9.根据权利要求8所述的混合充气膜结构，其特征是，所述的固定膜垫、连接膜垫和支撑膜靴均为圆形，固定膜垫的直径大于连接膜垫的直径，且连接膜垫的直径大于支撑膜靴的直径。

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