CN201424857Y - 充气柱式支撑膜结构建筑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充气柱式支撑膜结构建筑，其特征是由多个充气拱形气柱并排组成一个整体气柱框架，每一个气柱都是独立气密结构构成，用强度材料作为外膜覆盖在整体气柱框架上，并与地面基础连接形成一个建筑结构空间，每个充气拱形气柱内装有压力传感器和电控阀门并与风机及电子智能监控装置连接。其特点是内部压力与外部压力相同，在人员进出口安装普通门即可。拱型密闭气柱之间是紧密相连的，使建筑更加稳定和牢固。本实用新型的优点是无需连续充气，省去连续工作的大型充气机械，大型备用发电设备，降低了成本也降低了电力等能源消耗并使建筑更加安全与耐用。因内外气压一致，不必设气密门，也增加室内人员舒适感，避免了高气压时人员必须撤出的问题。

Description

充气柱式支撑膜结构建筑

技术领域

本实用新型涉及一种充气式膜结构，具体为充气柱式支撑膜结构建筑。

背景技术

膜结构的发展概况：1970年在日本大阪万国博览会的美国馆，采用了气承式充气膜结构。这个拟椭圆形、轴线尺寸为140m×83.5m的展览馆，之所以受到结构工程师们的瞩目，不但因为它是世界上第一个大跨度的膜结构，而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物。这个膜结构的结构设计者是美国的盖格尔(D.Geiger，)与贝格尔(H.Berger)。与此同时，还有一个气胀式膜结构用于直径约50m的富士馆。一般认为：大阪博览会出现的充气膜结构，标志着膜结构时代的开始。

气承式空气膜结构建成之后曾出过好几次事故，说明这种结构在恶劣天气时维护比较困难。不少体育馆曾遭受意外的漏气而使屋顶下瘪。其中最严重的一次是1985年3月在银色穹顶发生的事故，在一场暴风雪中，由于外墙一大块金属墙板被扯掉，使100块屋面膜材中有7块被撕裂，砸坏了下面的栏杆与座位，随之大风又吹坏了另外18块膜材。估计当时屋面的积雪与冰最深处有2m多厚，使屋顶上积累的荷载超过100kg/m²。美国明尼阿波利斯的″大城市穹顶″在1981年11月膜结构充气后的三周，因为一次暴风雪在屋面上形成雪窝而下瘪，其后在1982年与1983年又两次发生过类似的事件，由此还引起了冗长的法律诉讼。这些大大小小事故的产生，主要是由于空气膜所特有的″袋状效应″，即膜表面上一旦积累了一些冰雪引起下凹，而下凹又招致了更多的冰雪，这样就造成恶性循环而导致膜材的破裂。在上述过程中，有时是由于热空气融雪系统不足，有时是由于其中空气加压控制失灵，甚至是管理人员操作上的失误，终于酿成事故。

气承式空气膜结构的破坏，虽然只造成一些财产损失，并没有人身伤亡，但在公共建筑中发生这样的事，还是引起了美国公众的关注，对这种结构产生了怀疑。即使是当初设计美国馆的盖格尔也认为空气膜结构已到了日暮途穷的地步，他不得不另辟蹊径，想出了″索穹顶″这一新的结构形式来代替气承式空气膜结构。1985年以后，在美国建造的体育馆就再也没有采用过空气膜结构。

令人感到意外的是1988年日本在东京后乐园棒球场却采用了气承式空气膜结构。这个总造价达14亿美元的体育馆直径为204m，屋顶最高点达61m，总体积约为140万，在构造上与以前在美国建造的空气膜结构没有什么差别，其主要特点是在屋顶上采用了自动控制系统，同时屋面为双层，其间有热空气循环以融化雪。设有记录风速、雪压、积雪、织物变形与钢索拉力的传感器与中央计算机相连接。计算机能自动进行监测并选择最佳方法来提高内压或消除积雪，从而保证了膜结构的安全与体育馆的正常运行。

气承式空气膜结构是否有前途，在美国还是一个有争议的问题。盖格尔的不幸去世使他没有机会来重新考虑这个问题，但是一些工程专家，包括盖格尔事务所的一些同事，都认为不能过早地加以否定。他们认为气承式空气膜结构只要维护和管理得当，特别是在少雪地区，仍不失为一种好的结构形式。圆弧形的屋顶加上半透明的膜材，使人宛如置身于天空之下，这也是其他类型屋盖结构所不能比拟的。此外，气承式空气膜，即使将建成后的使用费用算进去，造价仍较低。当跨度大于250m时，它在经济上的优越性更为显著。有人算过，如果佐治亚穹顶改用气承式空气膜结构，其造价可节约近一半。还有人认为膜结构根本没有倒塌问题，最多不过是漏气下瘪而已，修复起来也很简单。

以上所述：普通充气膜结构建筑是由一定形状的封闭构件组成、依靠风机系统不断地向其内部充气，利用室内外的气压差(ΔP＝Pi-Pe，Pi＞Pe)支撑外膜。充气膜结构充气后，能够抵御一定的风、霜、雨、雪。但是普通气承式膜结构场馆为了保证室内气压高于室外，必须采用大型充气设备和发电设备、监控设备，造价较高；必须连续充气，能源消耗较大；在外膜遭受意外破裂漏气，会发生坍塌事故，使室内装置遭破坏；由于室内高气压，影响人的舒适感，当气压过高时，人员必须撤出。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种充气膜结构建筑，不需要使用大型充气设备和发电设备、造价较低。由于每个单体密闭气柱的气密性都非常高，一次充气后可以连续使用数月而无需充气，从而达到节约能源的目的；本实用新型的另一个目的是提供一种比普通充气膜结构建筑更加稳定、安全的充气柱式支承膜结构建筑，使位于其中的人员较为舒适。

1技术方案

一种充气柱式支撑膜结构建筑，其特征是由多个充气拱形气柱并排组成一个整体气柱框架，每一个气柱都是独立气密结构构成，用强度材料作为外膜覆盖在整体气柱框架上，并与地面基础连接形成一个建筑结构空间，每个充气拱形气柱内装有压力信号传感器和电控阀门并与风机及电子智能监控装置连接，在拱形壳体的两端设门户。

本实用新型的特征在于：位于拱形气柱框架两端的拱形气柱，其宽度和高度渐缩，以便安装门户。

本实用新型的特征在于：使拱形气柱之间保持一定距离，用绳索加以固定。

本实用新型的特征在于：拱形气柱由两层膜状物构成，其内胆为气密材料即塑料膜，其外罩为高强度布料。

2有益效果

本实用新型与传统充气膜结构相比具有以下的优点：

①由充气柱组成的整体框架结构支撑外膜无需连续充气，省去连续工作的大型充气机械，大型备用发电设备，采用普通直流风机加电瓶即可运行，降低了成本。

②由于本实用新型是由多个充气拱形气柱组成的结构，所以无需连续充气既节省电力又降低了能源消耗。

③对于传统的充气膜结构，如果外膜遭受意外破裂漏气，会发生膜结构坍塌事故，而本实用新型是由独立气密充气柱组成，即使一个气柱漏气其他气柱仍然可以支撑外膜，因此不会发生外膜坍塌现象，这一新型结构技术解决充气膜结构漏气坍塌问题，从而增加了膜结构的安全性。

④由于本实用新型膜结构场馆，使室内外气压一致，可保证室内人员的舒适感，同时门户不用气密，建造和使用都很方便。

附图说明

图1为本实用新型充气膜结构简单示意图。

图2为本实用新型俯视图。

图3为本实用新型电子智能监控系统示意图。

图4为现有的气承式充气膜结构运行示意图。

如图1、图3所示，不实用新型由多个充气拱形气柱1并排组成一个整体气柱框架，每个气柱都是独立气密结构构成，用强度材料作为外膜2覆盖在整体气柱框架上，并与地面基础连接形成一个建筑结构空间，每个充气柱拱形气柱内装有压力信号传感器3和电控阀门4，并与风机6及电子智能监控装置5连接，在拱形壳体的两端设门户。如图2所示，位于拱形框架两端的拱形气柱11，其宽度和高度渐缩，以便于安装门户。

图4所示为现有的气承式膜结构简单示意图，在运行时需要不断用大型鼓风机充气设备61向室内送风，使其内部压力Pi＞外部大气压Pe。为防止人员出入泄漏，其门户必须采用气密结构。这样才能保证其穹顶向上方拱起不致坍塌。

具体实施方式

本实用新型实施时，充气柱的制作，充气柱由双层组成，内外胆是塑料膜，外罩是高强度布料。

①内外胆的制作：先将塑料膜根据充气柱的大小需要裁剪成片状，用热合机器将片状塑料膜连接圆筒形状，再将多个圆筒连接成半圆拱形圆柱，将两个底部封底；另用高强度布料按上述步骤也做成半圆拱形圆柱，将内胆装入其中(像自行车轮胎)向内充气形成一个单体半圆拱形支撑架。

②外罩的制作：外罩材料的要求：强度大，防水，耐高低温，不变形，使用时间长；本实用新型选用的是高强涤纶丝精编双轴向PVC涂层材料，按照设计制作成半圆形状的篷罩。

③安装：将多个制作好的单体充气柱排好放在地面，在将外罩放在其上，并将外罩四边与地面固定好，同时给每个充气柱充气即可将整个外罩支撑起来。此外，智能监控系统监控每个充气柱的压力，当某个气柱压力低于设定值时，风机向该气柱补气，直至达到安全压力。

在某些场合下，如场馆形体较大，或无大风雪产生的可能性场合，可以使气柱之间保持一定距离，并用绳索连接和固定各个拱形气柱，这样可减少气柱用量，降低造价。

Claims (4)

1.一种充气柱式支撑膜结构建筑，其特征是由多个充气拱形气柱并排组成一个整体气柱框架，每一个气柱都是独立气密结构构成，用强度材料作为外膜覆盖在整体气柱框架上，并与地面基础连接形成一个建筑结构空间，每个充气拱形气柱内装有压力信号传感器和电控阀门并与风机及电子智能监控装置连接，在拱形壳体的两端设门户。

2.根据权利要求1所述的充气柱式支撑膜结构建筑，其特征在于：位于拱形气柱框架两端的拱形气柱，其宽度和高度渐缩，以便安装门户。

3.根据权利要求1所述的充气柱式支撑膜结构建筑，其特征在于：使拱形气柱之间保持一定距离，用绳索加以固定。

4.根据权利要求1所述的充气柱式支撑膜结构建筑，其特征在于：拱形气柱由两层膜状物构成，其内胆为气密材料即塑料膜，其外罩为高强度布料。

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