CN110206149A - 一种大跨度低电磁损耗平面膜结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，它包括膜组件，所述的膜组件包括有中间膜组件、边部的边缘膜组件和角部的角部膜组件，所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件均有膜材、边杆、角连接件和压膜板组成，所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件上的膜材绕边杆弯过90度后，通过压膜板和压膜螺钉压紧固定在边杆上的凹槽内，所述的边杆与角连接件之间通过螺栓进行连接，所述的相邻中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件的角连接件之间通过中间节点法兰或边缘节点法兰进行连接，所述的膜组件的背面设置有支撑桁架；本发明具有可以适应平面形式、钢支承骨架占比面积小、结构稳定、电磁信号通透性好的优点。

Description

一种大跨度低电磁损耗平面膜结构

技术领域

本发明属于建筑膜结构技术领域，具体涉及一种平面膜结构，特别涉及一种大跨度低电磁损耗平面膜结构。

背景技术

膜结构是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式，是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式，它通过施加预应力，使结构具有一定的刚度以承受各种荷载作用，其设计思路和设计步骤与传统结构相比都有很大的不同，膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通设施等大跨度建筑中。

膜结构中所使用的膜材料每平方米1公斤左右，由于自重轻，再加上钢结构高强度材料的采用，大部分的力以轴力传递使受力体现简洁合理，因此膜结构适合大跨度空间结构体系；膜结构建筑所采用的膜材具有卓越的阻阻燃性和耐高温性、耐候性、耐腐蚀性等特点，由于结构自重轻，又为柔性结构且有较大的变形能力，故抗震性能好；再者，膜材裁剪、拼合成型及骨架的钢工厂加工制作，现场只需组装，施工简便，故施工周期短。

膜结构常见类型有：骨架式膜结构、张拉式膜结构、充气式膜结构等，其中骨架式膜结构是以钢结构或是集成材构成的骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构稳定性高，骨架式膜结构中的膜面仅仅起到对框架结构的维护作用，框架结构则为刚性结构，目前膜材料建筑中最常用的材料主要有聚四氟乙烯（PTFE）膜材、聚氯乙烯（PVC）膜材、聚偏二氟乙烯（PVDF）膜材、乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）膜材等几种类型。

目前，传统的骨架式膜结构的特点决定了其结构形式以空间三维结构为主，而且为了增加其稳定性及抗风性能，其骨架结构也只考虑力学因素，因此其钢结构骨架在切向平面的投影面积占比较大，对于通透电磁的有效面积产生较大影响，致使不能直接用于电磁透波，对于应用于电磁透波的膜结构，膜结构绝大部分都是空间球形结构，为了良好的优良电磁通透性，一般为单层钢骨架形式的膜结构，但对于形似窗户的平面结构而言，当此窗户用于室内电磁装置对外采集电磁信号的保护时，需要很好的通透电磁信号的窗户，即平面形状的透波面，通过调研，目前尚未见到平面形式的用于透波平面膜结构，而传统意义上的玻璃窗户或其它结构的窗户均不能满足电磁透波性能；因而，提供一种可以适应平面形式、钢支承骨架占比面积小、结构稳定、电磁信号通透性好的大跨度低电磁损耗平面膜结构是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，而提供一种适应平面形式、钢支承骨架占比面积小、结构稳定、电磁信号通透性好的大跨度低电磁损耗平面膜结构。

本发明的目的是这样实现的：一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，它包括膜组件，所述的膜组件包括有中间膜组件、边部的边缘膜组件和角部的角部膜组件，所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件均有膜材、边杆、角连接件和压膜板组成，所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件上的膜材绕边杆弯过90度后，通过压膜板和压膜螺钉压紧固定在边杆上的凹槽内，所述的边杆与角连接件之间通过螺栓进行连接，所述的相邻中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件的角连接件之间通过中间节点法兰或边缘节点法兰进行连接，所述的膜组件的背面设置有支撑桁架。

所述的支撑桁架是由纵向桁架支撑结构和横向桁架支撑结构通过节点处的边支撑杆和中间节点支撑杆交汇连接组成的网状桁架结构。

所述的边杆支撑杆和中间节点支撑杆与膜组件上的中间节点法兰之间通过螺栓进行连接。

所述的纵向桁架支撑结构包括有纵向桁架组件和纵向斜拉杆组成，所述的纵向桁架组件平行的设置在与中间膜组件中纵向的边杆相对应的位置，所述的纵向桁架组件的两端分别连接有纵向斜拉杆，所述的纵向斜拉杆的另一端连接在桁架安装座上；所述的横向桁架支撑结构包括有横向拉杆和横向斜拉杆组成，所述的横向拉杆平行的设置在与中间膜组件中横向的边杆相对应的位置，所述的横向拉杆的两端分别连接有横向斜拉杆，所述的横向斜拉杆的另一端连接在桁架安装座上。

所述的边杆支撑杆和中间节点支撑杆上靠近中间的位置处与膜组件中的横向边杆之间连接有横向支撑杆。

所述的桁架安装座通过螺栓连接固定在膜组件的边缘节点法兰位置处。

所述的纵向斜拉杆和横向斜拉杆与桁架安装座之间通过花篮螺丝进行固定连接。

所述的中间膜组件尺寸大于边缘膜组件，所述的边缘膜组件尺寸大于角部膜组件。

所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件上的膜材在安装时通过专用的张膜装置张紧。

所述的膜组件的背面边缘膜组件内靠近外侧的边杆与相邻两边杆之间连接有边斜撑。

本发明的有益的效果：本发明中每个矩形平面膜组件包括膜材、金属骨架、压膜板及压膜标准件，各个矩形平面膜组件边杆间通过连接螺栓、螺母连接，节点间通过对夹法兰、螺栓、螺母进行固定，为了保证整体平面膜结构边缘、矩形平面膜组件边杆间和节点间的防雨雪，需要在这些地方加涂建筑密封胶；膜组件由膜材、边杆、角连接件和压膜板组成，边杆与角连接件通过边杆与角连接件螺钉、螺母对夹进行连接，边杆安装膜材的一边与角连接件的端平面连接后在一个平面上，有效保证膜材的平整性，边杆端面与角连接件的台阶面相对接触，实现边杆的纵向安装的准确定位，这种设计可以较好地保证膜组件在安装后的长宽尺寸，进而保证整体透波窗的尺寸精度。

膜组件的膜材通过压膜板由螺钉压紧在边杆的凹槽内，膜材在膜组件上的预张力通过专用的张膜装置保证一定的预张力，保证整体透波平面膜结构在安装后整体的刚度及平整度；膜组件的这种结构设计，一是采取边杆与角连接件的可拆卸连接方式，便于维护；二是膜材通过压膜板由螺钉压紧在边杆的凹槽中可以有效地保证预张力；三是压膜板在压紧膜材后，膜组件外边缘成为平面，便于安装后的密封。

整个平面膜结构采用的中间膜组件尺寸大，边缘膜组件和角部膜组件尺寸小的设计方案，这种设计的有益效果是主要考虑到中间对电磁信号的通透性影响大，而边缘影响小的因素而进行的创新性设计；再者边缘及角部尺寸小也可有效地增加整体窗户的稳定性，改善抗风载能力。

背面的桁架支承结构可以很好地解决平面膜结构的低稳定性问题，有效地提高整体平面膜结构的刚性；同时在设计时，为了防止桁架结构件对中间电磁信号通透性的影响，设计的桁架采用圆管，直径尺寸小于膜组件安装后的2个边杆厚度，圆外表面对电磁影响小于矩形截面；桁架的高度尺寸根据电磁性能要求，在保证力学与电磁两方面性能下进行优化设计。

整体平面膜结构的安装通过四周膜组件上的边杆孔与建筑地基上的预埋件螺柱连接固定；整体平面膜结构在安装调整完成后，在外部所有接合缝处及与建筑地基连接缝处需要涂密封胶，防止雨雪的渗漏。

附图说明

图1是本发明一种大跨度低电磁损耗平面膜结构的主视结构示意图。

图2是本发明一种大跨度低电磁损耗平面膜结构的背面的结构示意图。

图3是本发明一种大跨度低电磁损耗平面膜结构中中间膜组件的结构示意图。

图4是本发明一种大跨度低电磁损耗平面膜结构中边杆及角连接件的连接结构示意图。

图5是本发明一种大跨度低电磁损耗平面膜结构中膜材、边杆、压膜板安装的剖面结构示意图。

图6是本发明一种大跨度低电磁损耗平面膜结构中支撑桁架的局部结构放大图。

图中：1、中间膜组件 1-1、膜材 1-2、边杆 1-3、角连接件 1-4、压膜板 1-5、压膜螺钉 1-6、螺栓 2、边缘膜组件 3、角部膜组件 4、中间节点法兰 5、边缘节点法兰 6、纵向桁架组件 7、纵向斜拉杆 8、花篮螺丝 9、桁架安装座 10、横向拉杆 11、横向支撑杆 12、横向斜拉杆 13、边支撑杆 14、中间节点支撑杆 15、边斜撑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-6所示，一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，它包括膜组件，所述的膜组件包括有中间膜组件1、边部的边缘膜组件2和角部的角部膜组件3，所述的中间膜组件1、边缘膜组件2和角部膜组件3均有膜材1-1、边杆1-2、角连接件1-3和压膜板1-4组成，所述的中间膜组件1、边缘膜组件2和角部膜组件3上的膜材1-1绕边杆1-2弯过90度后，通过压膜板1-4和压膜螺钉1-5压紧固定在边杆1-2上的凹槽内，所述的边杆1-2与角连接件1-3之间通过螺栓1-6进行连接，所述的相邻中间膜组件1、边缘膜组件2和角部膜组件3的角连接件1-3之间通过中间节点法兰4或边缘节点法兰5进行连接，所述的膜组件的背面设置有支撑桁架。

本发明中的平面膜结构包括中间膜组件、边部的边缘膜组件、角部的角部膜组件、中间节点法兰、边缘节点法兰和背面的支撑桁架组成，其中，中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件均由膜材、组件边杆、角连接件和压膜板组成，边杆与角连接件通过螺栓进行连接，边杆上安装膜材的一边与角连接件的端平面连接后在一个平面上，有效保证膜材的平整性，边杆端面与角连接件的台阶面相对接触，实现边杆的纵向安装的准确定位，这种设计可以较好地保证膜组件在安装后的长宽尺寸，进而保证整体透波窗的尺寸精度；膜材弯过90度后，通过压膜板由压膜螺钉压紧在边杆的凹槽内，保证整体透波平面膜结构在安装后整体的刚度及平整度；边杆与角连接件之间采用可拆卸的方式进行连接，便于维护；膜材通过压膜板由螺钉压紧在边杆的凹槽中可以有效地保证预张力；压膜板在压紧膜材后，膜组件外边缘成为平面，便于安装后的密封；总的，本发明具有适应平面形式、钢支承骨架占比面积小、结构稳定、电磁信号通透性好的优点。

实施例2

如图1-6所示，一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，它包括膜组件，所述的膜组件包括有中间膜组件1、边部的边缘膜组件2和角部的角部膜组件3，所述的中间膜组件1、边缘膜组件2和角部膜组件3均有膜材1-1、边杆1-2、角连接件1-3和压膜板1-4组成，所述的中间膜组件1、边缘膜组件2和角部膜组件3上的膜材1-1绕边杆1-2弯过90度后，通过压膜板1-4和压膜螺钉1-5压紧固定在边杆1-2上的凹槽内，所述的边杆1-2与角连接件1-3之间通过螺栓1-6进行连接，所述的相邻中间膜组件1、边缘膜组件2和角部膜组件3的角连接件1-3之间通过中间节点法兰4或边缘节点法兰5进行连接，所述的膜组件的背面设置有支撑桁架；所述的支撑桁架是由纵向桁架支撑结构和横向桁架支撑结构通过节点处的边支撑杆13和中间节点支撑杆14交汇连接组成的网状桁架结构；所述的边杆支撑杆13和中间节点支撑杆14与膜组件上的中间节点法兰4之间通过螺栓进行连接；所述的纵向桁架支撑结构包括有纵向桁架组件6和纵向斜拉杆7组成，所述的纵向桁架组件6平行的设置在与中间膜组件1中纵向的边杆1-2相对应的位置，所述的纵向桁架组件6的两端分别连接有纵向斜拉杆7，所述的纵向斜拉杆7的另一端连接在桁架安装座9上；所述的横向桁架支撑结构包括有横向拉杆10和横向斜拉杆12组成，所述的横向拉杆10平行的设置在与中间膜组件1中横向的边杆1-2相对应的位置，所述的横向拉杆10的两端分别连接有横向斜拉杆12，所述的横向斜拉杆12的另一端连接在桁架安装座9上；所述的边杆支撑杆13和中间节点支撑杆14上靠近中间的位置处与膜组件中的横向边杆1-2之间连接有横向支撑杆11；所述的桁架安装座9通过螺栓连接固定在膜组件的边缘节点法兰5位置处；所述的纵向斜拉杆7和横向斜拉杆12与桁架安装座9之间通过花篮螺丝8进行固定连接；所述的中间膜组件1尺寸大于边缘膜组件2，所述的边缘膜组件2尺寸大于角部膜组件3；所述的中间膜组件1、边缘膜组件2和角部膜组件3上的膜材1-1在安装时通过专用的张膜装置张紧；所述的膜组件的背面边缘膜组件2内靠近外侧的边杆1-2与相邻两边杆1-2之间连接有边斜撑15。

本发明中的平面膜结构包括中间膜组件、边部的边缘膜组件、角部的角部膜组件、中间节点法兰、边缘节点法兰和背面的支撑桁架组成，其中，中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件均由膜材、组件边杆、角连接件和压膜板组成，边杆与角连接件通过螺栓进行连接，边杆上安装膜材的一边与角连接件的端平面连接后在一个平面上，有效保证膜材的平整性，边杆端面与角连接件的台阶面相对接触，实现边杆的纵向安装的准确定位，这种设计可以较好地保证膜组件在安装后的长宽尺寸，进而保证整体透波窗的尺寸精度；膜材弯过90度后，通过压膜板由压膜螺钉压紧在边杆的凹槽内，膜材在中间膜组件1上膜材1-1的预张力通过专用的张膜装置保证一定的预张力，保证整体透波平面膜结构在安装后整体的刚度及平整度；边杆与角连接件之间采用可拆卸的方式进行连接，便于维护；膜材通过压膜板由螺钉压紧在边杆的凹槽中可以有效地保证预张力；压膜板在压紧膜材后，膜组件外边缘成为平面，便于安装后的密封；膜组件背面的支撑桁架是由纵向桁架支撑结构和横向桁架支撑结构通过节点处的边支撑杆和中间节点支撑杆交汇连接组成的网状桁架结构，且纵向桁架支撑结构和横向桁架支撑结构均为对称式的结构，在纵向桁架支撑结构和横向桁架支撑结构的两端都有用于调整桁架张紧及平面膜结构平面度的花篮螺丝，也可用于长期服役后的桁架松动，桁架各组成零件间的连接均是通过螺栓与螺母夹紧的方式。边支撑杆的中间节点支撑杆与外面中间节点法兰通过角连接件的孔采用螺栓与螺母夹紧方式进行固定，桁架安装座的固定一是通过角连接件的孔与外面的边缘节点法兰夹紧在膜组件上，二是通过其上的孔与建筑结构的预埋件螺柱固定；该桁架结构可以很好地解决平面膜结构的低稳定性问题，有效地提高整体平面膜结构的刚性；同时在设计时，为了防止桁架结构件对中间电磁信号通透性的影响，设计的桁架采用圆管，直径尺寸小于膜组件安装后的2个边杆厚度，圆外表面对电磁影响小于矩形截面；桁架的高度尺寸根据电磁性能要求，在保证力学与电磁两方面性能下进行优化设计；整体平面膜结构的安装通过四周膜组件上的边杆孔与建筑地基上的预埋件螺柱连接固定；整体平面膜结构在安装调整完成后，在外部所有接合缝处及与建筑地基连接缝处需要涂密封胶，防止雨雪的渗漏；整个平面膜结构采用的中间膜组件1尺寸大，边缘膜组件2和角部膜组件3尺寸小的设计方案，这种设计的有益效果是主要考虑到中间对电磁信号的通透性影响大，而边缘影响小的因素而进行的创新性设计，再者边缘及角部尺寸小也可有效地增加整体窗户的稳定性，改善抗风载能力；总的，本发明具有适应平面形式、钢支承骨架占比面积小、结构稳定、电磁信号通透性好的优点。

Claims (10)

1.一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，它包括膜组件，其特征在于：所述的膜组件包括有中间膜组件、边部的边缘膜组件和角部的角部膜组件，所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件均有膜材、边杆、角连接件和压膜板组成，所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件上的膜材绕边杆弯过90度后，通过压膜板和压膜螺钉压紧固定在边杆上的凹槽内，所述的边杆与角连接件之间通过螺栓进行连接，所述的相邻中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件的角连接件之间通过中间节点法兰或边缘节点法兰进行连接，所述的膜组件的背面设置有支撑桁架。

2.根据权利要求书1所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的支撑桁架是由纵向桁架支撑结构和横向桁架支撑结构通过节点处的边支撑杆和中间节点支撑杆交汇连接组成的网状桁架结构。

3.根据权利要求书2所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的边杆支撑杆和中间节点支撑杆与膜组件上的中间节点法兰之间通过螺栓进行连接。

4.根据权利要求书2所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的纵向桁架支撑结构包括有纵向桁架组件和纵向斜拉杆组成，所述的纵向桁架组件平行的设置在与中间膜组件中纵向的边杆相对应的位置，所述的纵向桁架组件的两端分别连接有纵向斜拉杆，所述的纵向斜拉杆的另一端连接在桁架安装座上；所述的横向桁架支撑结构包括有横向拉杆和横向斜拉杆组成，所述的横向拉杆平行的设置在与中间膜组件中横向的边杆相对应的位置，所述的横向拉杆的两端分别连接有横向斜拉杆，所述的横向斜拉杆的另一端连接在桁架安装座上。

5.根据权利要求书2所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的边杆支撑杆和中间节点支撑杆上靠近中间的位置处与膜组件中的横向边杆之间连接有横向支撑杆。

6.根据权利要求书4所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的桁架安装座通过螺栓连接固定在膜组件的边缘节点法兰位置处。

7.根据权利要求书4所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的纵向斜拉杆和横向斜拉杆与桁架安装座之间通过花篮螺丝进行固定连接。

8.根据权利要求书1所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的中间膜组件尺寸大于边缘膜组件，所述的边缘膜组件尺寸大于角部膜组件。

9.根据权利要求书1所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的中间膜组件、边缘膜组件和角部膜组件上的膜材在安装时通过专用的张膜装置张紧。

10.根据权利要求书1所述的一种大跨度低电磁损耗平面膜结构，其特征在于：所述的膜组件的背面边缘膜组件内靠近外侧的边杆与相邻两边杆之间连接有边斜撑。