近年来大跨度空间膜结构建筑常有破坏失效的情况发生。膜结构建筑是由优良性能的织物(膜材)通过支撑构件(柔性索、刚性梁、柱)或给膜内空气加压以一定的方式组合在一起形成具有一定刚度的空间结构。但膜结构建筑大跨度结构形式要求其有较大的安全系数,能适应恶劣的天气情况,特别是环境温度的影响。环境温度变化时,膜材的性质会发生相应变化 ,导致膜结构建筑结构不稳,易发生建筑倒塌事件,这不仅使成品厂家和原料厂家信誉受损,而且还会威胁到第三方人财物的安全。因此,研究膜结构建筑在不同条件下的失效机理十分必要。本文针对膜结构建筑膜材在不同温度、不同压强和不同气肋直径下应力场的分布特征,得出膜材的适用范围,为膜结构建筑制定产品标准提供研究思路。

1、膜材特点

   目前建筑膜材广泛认可的分类标准是日本JISA-93C,规定膜材分为3类—A、B、C。本文中研究的3种膜材属于C类,如图1所示,1号膜材为膜结构建筑制造商提供,2、3号膜材为膜材制造企业提供。该膜材将PVC涂在双向编织的PET纤维上,PVC本身没有各项异性,PET纤维有各项异性,沿其排列方向增强,但由于双向编织,所以沿垂直与 平行方向强度没有明显变化,故膜材各向同性。JISA-93C膜材应用广泛,价格适中,易于加工,抗折叠性好,但其强度较低,弹性刚度较小,易老化,蠕变大,且自洁性差,用于临时结构、可折叠式薄膜结构

2、 膜材性能测试

   膜材受力特征量包括:经纬向极限抗拉强度、拉伸断裂变形、荷载下的变形、膜片剥裂强度、粘着强度、焊缝强度以及经纬向弹性模量等。这些特征量主要通过单向拉伸和双向拉伸试验测量。该膜材是各向同性的复合材料,在承受拉伸载荷过程中,一方面随着纤维断裂数的增加,最终导致膜材界面剪切破坏,另一方面随着拉伸载荷增大,纤维与胶面脱离,发生脱胶现象。在四川大学高分子研究所开放平台上,利用 RGL-10(深圳瑞格尔有限公司)力学性能测试仪对膜材进行拉伸试验,拉伸速度为50mm/min,试验温度分别为 30、40、60℃,样品宽度为10mm,厚度 0.7±0.02mm,测试采用的试样如图 2所示 .

   由试验知膜材抗拉强度与温度的高低变化有密切关系。温度提高时,抗拉强度、弹性系数均相对降低;温度降低时,抗拉强度、弹性系数会提高,而温度低于0℃时发生脆裂现象。

深圳市金鑫空间膜结构建筑设计院是国内顶尖的膜结构建筑设计单位,是一家专注于膜结构建筑设计与研究的设计院。业务涉及张拉膜结构、骨架式膜结构、充气膜结构、钢结构;对PVC、PTFE、ETFE膜材有着丰富的设计经验。我们尤其擅长大跨度结构、异性空间结构、索结构、封闭式建筑以及开启结构的设计与研究,涉及的领域有景观膜结构、停车棚膜结构、体育设施膜结构、污水加盖池膜结构等。