CN112376989A - 一种气囊式充气膜结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气囊式充气膜结构，属于建筑技术领域。该充气膜结构包括至少两片膜材，各所述膜材的边沿相粘合，并通过一夹具固定，形成至少一密封的空腔的气囊，气囊表面设有至少一个气阀，所述气阀与一供气装置相接通，所述供气装置及气阀用于为所述气囊进行充气；气囊上开设有至少一洞口，洞口的边沿通过所述夹具固定使气囊保持密封；多个所述充气膜结构间可通过夹具进行拼接，用以构筑充气膜建筑物。本发明充气膜结构简单轻便，容易安装拆卸，可广泛应用于建筑房屋和构筑物的外墙、屋面等维护结构，尤其适用于体育场馆、会展用房、阳光房、活动房、生态房和抗震救灾临时用房等。

Description

一种气囊式充气膜结构
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，尤其是涉及一种气囊式充气膜结构。
背景技术
气囊式充气膜是一种新材料、新技术结构体系，其通过向单个膜构件内充气，使其保持足够的内压，多个膜构件进行组合可形成一定形状的一个整体受力体系，从而应用到建筑结构中，此种膜结构体系已在建筑中有几十年的应用历史。
由于膜材的材质不同，气囊式充气膜可分为透明和不透明两种形式。已建成并投入使用的透明气囊式充气膜建筑有北京水立方游泳馆、上海迪士尼创极速光轮娱乐馆等项目；不透明气囊式充气膜建筑在国内为数不多，在国外有瑞士的Aigle自行车竟技场、EXPO'70日本富士馆等项目。
由于建造技术、建造成本以及建筑造形等原因，且这种结构对膜材自身的气密性要求很高，或需不断地向膜构件内充气，气囊式充气膜结构目前还仅仅只是应用于体育场馆、会展场馆和娱乐场所等大型建筑，像阳光房、活动房等小型民用建筑还没有得到广泛的应用。
针对气囊式充气膜结构的特性及在应用中所存在的局限性，本发明公开了一种结构合理、流畅简洁且能节省造价的气囊式充气膜结构，为气囊式充气膜结构的推广和应用创造了条件，使其具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气囊式充气膜结构，该充气膜结构可广泛应用于建筑房屋和构筑物的外墙、屋面等维护结构，尤其适用于体育场馆、阳光房、活动房、生态房、会展用房和抗震救灾临时用房等。
本发明提供一种气囊式充气膜结构，包括至少两片膜材，各所述膜材的边沿相粘合，并通过一夹具固定，形成至少一密封的空腔的气囊，所述气囊表面设有至少一个气阀，所述气阀与一供气装置相接通，所述供气装置及所述气阀用于为所述气囊进行充气；所述气囊上开设有至少一洞口，所述洞口的边沿通过所述夹具固定使所述气囊保持密封；多个所述充气膜结构间可通过所述夹具进行拼接，用以构筑充气膜建筑物。
优选地，所述膜材的材质为透明材料。
优选地，所述透明材料为ETFE、PVC、TPU、PET和PE中的任意一种或几种。
优选地，所述膜材的材质为非透明材料。
优选地，所述非透明材料为PVDF、PVD和PVC中的任意一种或几种。
优选地，各所述膜材的边缘通过高温焊接的方式相粘合。
优选地，所述夹具包括底座、盖板及紧固螺栓，通过所述紧固螺栓可将所述盖板压紧在所述底座上，所述底座的边缘向远离所述底座一侧伸出形成一夹紧部，所述夹紧部与所述盖板底部配合将所述膜材夹紧固定，所述底座上开设有一定位槽，所述膜材的边沿位于所述定位槽内，所述定位槽内设有颗粒状填充物。
优选地，所述盖板的下表面及所述夹紧部表面贴设有橡胶条。
优选地，所述洞口为门洞口或窗洞口。
优选地，所述夹具的材质为钢材、不锈钢、铝合金、木材和玻璃钢中的任意一种。
相比现有技术，本发明所具有的有益效果：
1.本发明采用有限元理论，对气囊式充气膜的膜材进行有限元分析计算和找形，采用高精度的三维立体方法进行裁剪，确保气囊在充气时形状饱满，流畅美观，表面不出现皱褶；
2.本发明根据建筑的使用功能需求，在气囊式充气膜的中间开门窗洞口，并通过夹具固定，用以安装门窗，使充气膜构造的建筑可以满足日常的进出和换气的使用需求；
3.本发明利用膜材粘接而成的空腔气囊内充满空气，并可通过供气装置及气阀为气囊充气，使其内部压力稳定，在保证其稳定的外观形状的同时使其具有良好的保温隔热性能；
4.采用特制夹具将膜材固定，多个充气膜结构间可通过夹具进行拼接，用以构筑充气膜建筑物，夹具可将充气膜承受的活动载荷、雪载荷或风载荷等传递至建筑物的主体结构，同时也能提高充气膜建筑物的防漏防渗性能，确保建筑物在长期的使用过程中不会漏雨渗水；
5.本发明相比传统的充气膜建筑常用的四气囊结构，只需一个气囊即可，该气囊具有一个或多个空腔，结构更加简单，减少了夹具的使用量，更加经济实用，简洁美观，减小了漏雨渗水的风险，使得气囊式充气膜结构在小型民用建筑中的推广成为可能；
6.本发明的充气膜结构采用透明或非透明的柔性轻质材料，运输方便且安装简单，不仅可应用于体育场馆、会展场馆等大型公共建筑物，也可应用于阳光房、活动房以及临时用房等小型民用建筑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一具有窗洞口的气囊式充气膜结构的平面示意图；
图2为本发明实施例二具有门洞口的气囊式充气膜结构的平面示意图；
图3为本发明实施例一和实施例二气囊式充气膜的横向剖面图；
图4为本发明实施例一具有窗洞口的充气膜结构的焊缝布置示意图；
图5为本发明实施例二具有门洞口的充气膜结构的焊缝布置示意图；
图6为本发明各实施例中夹具的剖面示意图；
图7和图8为本发明实施例三由多个充气膜结构拼接而成的建筑物三维示意图；
图9和图10为本发明实施例四由多个充气膜结构拼接而成的具有空间曲面的建筑物三维示意图。
附图标记说明：
1：膜材；2：夹具；21：底座；22：盖板；23：紧固螺栓；24：螺栓安装槽；25：螺栓安装孔；26：夹紧部；27：定位槽；3：气囊；4：气阀；5：窗洞口；6：橡胶条；7：颗粒状填充物；8：门洞口。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1、3、4所示，本实施例公开了一种带有窗洞口的气囊式充气膜结构，包括两片膜材1，两片膜材1的边沿间通过高温焊接相粘合后，并通过一夹具2进行固定，焊缝位于夹具2的内侧。两片膜材1间形成一密封的空腔的气囊3，气囊3的下表面上安装有一气阀4，气阀4可通过气管与一供气装置相接通，通过供气装置及气阀4可为气囊3进行充气。
气囊3的中间开设有一窗洞口5，膜材1的靠近窗洞口5的边沿同样进行高温焊接密封后并通过夹具2进行固定，其焊缝的位置如图4中虚线所示。夹具2首尾相接形成一闭环，围成矩形的窗洞口5，窗洞口5内可安装窗户，在需要时打开进行换气。窗洞口5的形状可以为矩形、圆形、棱形、多边形等各种形状，满足人们的各种使用需求。
膜材1可选用ETFE、PVC、TPU、PET、PE等透明材料，通过有限元分析计算和找形，并采用高精度的三维立体方法进行裁剪，确保气囊3在充气时形状饱满，流畅美观，表面不出现皱褶，上述充气膜结构可作为阳光房、生态房等小型建筑的屋顶进行使用，阳光或自然光可穿过膜材1进入建筑物内，满足人们进行日光浴或花草种植等各种使用需求。
夹具2选用钢材、不锈钢、铝合金等金属材质，其承重能力更强，可适应充气膜承受的活动载荷、雪载荷或风载荷等，并将其传递至建筑主体。
如图6所示，夹具2包括底座21、盖板22及紧固螺栓23，底座21中部开设有螺栓安装槽24，紧固螺栓23的头部卡在螺栓安装槽24内部，盖板22的中部开设有一螺栓安装孔25，紧固螺栓23的尾部穿过螺栓安装孔25并伸出到盖板22的上方，并与一螺母配合拧紧，将盖板22压紧在底座21上。底座21的顶部的两侧分别伸出底座21形成一夹紧部26。膜材1的开设有窗洞口5的一侧靠近边沿的焊接处置于夹具2的夹紧部26上，盖板22的底部设有与夹紧部26配合的平面，可在紧固螺栓23的作用下，与夹紧部26配合夹紧，将充气膜的位置固定。
夹紧部26表面及盖板22的底面上贴设有橡胶条6，在夹紧部26与盖板22配合夹紧时，橡胶条6会产生形变，使夹具2与膜材1的配合密封，防止出现漏雨渗水的情况。底座21上还开设有定位槽27，膜材1的设有窗孔洞5一侧边沿置于定位槽27内部，定位槽27内填充有亲水的颗粒状填充物7，颗粒状填充物7可将膜材1的边沿压紧，在充气膜使用时间过长，出现轻微渗水的情况下，可将渗入夹具2内的水吸收，防止其渗入建筑物内。
实施例二
如图2、3、5所示，本实施例公开了一种带有门洞口的气囊式充气膜结构，包括两片膜材1，两片膜材1的边沿间通过高温焊接相粘合后，并通过一夹具2进行固定，焊缝位于夹具2的内侧。两片膜材1间形成一密封的空腔的气囊3，气囊3的下表面上安装有一气阀4，气阀4可通过气管与一供气装置相连通，通过供气装置及气阀4可为气囊3进行充气。
气囊3的中下部开设有一门洞口8，膜材1的靠近门洞口8的边沿同样进行高温焊接密封后并通过夹具2进行固定，其焊缝的位置如图5中虚线所示。夹具2首尾相接形成一闭环，围成矩形的门洞口8。该充气膜结构主要用于建筑物的墙面，可在门洞口8内可安装门框和门，方便使用者进出。
膜材1可选用PVDF、PVD、PVC等不透明的织物纤维材料，通过有限元分析计算和找形，并采用高精度的三维立体方法进行裁剪，确保气囊在充气时形状饱满，流畅美观，表面不出现皱褶，该充气膜结构可用于活动房或抗震救灾等临时用房的墙面使用，其质量轻，方便运输，且安装及拆卸简单，可以满足各种临时用建筑物的使用需求。
如图6所示，在本实施例中，夹具2的结构与实施例一中的夹具2的结构完全相同，可对充气膜结构进行固定支撑，保证其结构的稳定性。
实施例三
如图7所示，该方形建筑物由多个具有窗洞口和门洞口的充气膜结构进行拼接而成。该建筑物包括两个具有窗洞口5的充气膜结构和一个具有门洞口8的充气膜结构，其他面可采用无门窗洞口的普通充气膜结构，相邻充气膜结构的边沿分别固定于夹具2的两侧的夹紧部26上，通过夹具2将各充气膜结构拼接成图7中建筑物。其中一个具有窗洞口5的充气膜结构位于建筑物的顶部，该窗洞口5用于安装天窗，可由建筑物的顶部进行采光，另外具有窗洞口5的充气膜和具有门洞口8的充气膜作为建筑物的外墙面，窗洞口5和门洞口8内分别用于安装侧窗和门，其中侧窗用于通风换气，门用于进出该建筑物。
如图8所示，该方形建筑物由多个具有窗洞口和门洞口的充气膜结构进行拼接而成。该建筑物包括两个具有窗洞口5的充气膜结构和一个具有门洞口8的充气膜结构，其他面可采用无门窗洞口的普通充气膜结构，相邻充气膜结构的边沿分别固定于夹具2的两侧的夹紧部26上，通过夹具2将各充气膜结构拼接成图8中建筑物。其中一个具有窗洞口5的充气膜结构位于建筑物的顶部，该窗洞口5用于安装天窗，可由建筑物的顶部进行采光，一具有两个窗洞口5的充气膜作为建筑物墙面，两窗洞口5内分别安装有侧窗，可以进行通风换气，具有门洞口8的充气膜作为建筑物的墙面，门洞口8内用于安装门，由门进出该建筑物。
实施例四
如图9、10所示，通过对充气膜的形状进行设计，并采用高精度的三维立体方法进行裁剪，配合夹具2进行固定，使充气膜结构的外形为圆形或多边形等各种形状，并将多个不同的充气膜结构进行拼接，可构筑如图9中所示的具有曲面墙体的建筑物和图10中所示的具有多面墙体的建筑物。
通过对本发明所公开的充气膜结构的形状进行设计和组合拼接，可适用于各种不同的应用场合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种气囊式充气膜结构，其特征在于，包括至少两片膜材，各所述膜材的边沿相粘合，并通过一夹具固定，形成至少一密封的空腔的气囊，所述气囊表面设有至少一个气阀，所述气阀与一供气装置相接通，所述供气装置及所述气阀用于为所述气囊进行充气；所述气囊上开设有至少一洞口，所述洞口的边沿通过所述夹具固定使所述气囊保持密封；多个所述充气膜结构间可通过所述夹具进行拼接，用以构筑充气膜建筑物。
2.根据权利要求1所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述膜材的材质为透明材料。
3.根据权利要求2所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述透明材料为ETFE、PVC、TPU、PET和PE中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述膜材的材质为非透明材料。
5.根据权利要求4所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述非透明材料为PVDF、PVD和PVC中的任意一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，各所述膜材的边缘通过高温焊接的方式相粘合。
7.根据权利要求1所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述夹具包括底座、盖板及紧固螺栓，通过所述紧固螺栓可将所述盖板压紧在所述底座上，所述底座的边缘向远离所述底座一侧伸出形成一夹紧部，所述夹紧部与所述盖板底部配合将所述膜材夹紧固定，所述底座上开设有一定位槽，所述膜材的边沿位于所述定位槽内，所述定位槽内设有颗粒状填充物。
8.根据权利要求7所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述盖板的下表面及所述夹紧部表面贴设有橡胶条。
9.根据权利要求1所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述洞口为门洞口或窗洞口。
10.根据权利要求9所述的一种气囊式充气膜结构，其特征在于，所述夹具的材质为钢材、不锈钢、铝合金、木材和玻璃钢中的任意一种。
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