充气张拉整体膜

摘要

本发明涉及一种充气张拉整体膜，由多个充气膜整体张拉梁采用平行、扇形或圆形布置方式，通过脊谷形负高斯曲面张力膜互相连接而成。其中充气膜整体张拉梁由气承弹性板、纺锤形充气膜、螺旋张拉索构成，气承弹性板通过螺旋张拉索环绕固定于纺锤形充气膜上，充气膜内充注超压空气，提供充气膜整体张拉梁刚度并维持形状。脊谷形负高斯曲面张力膜是整体膜的围护主体，其中间压上谷索，施加拉力后两端锚固于下部建筑，作为整体膜的稳定索；脊谷形负高斯曲面张力膜两边设置膜固定边，连接建筑固定边或自由边缘。气承弹性板两端固定铰连接接点与建筑支承柱锚固。充气膜整体张拉梁按布置方式不同，形成平面四边形、圆形或扇形等多种形状的充气张拉整体膜。

权利要求

1.一种充气张拉整体膜，其特征在于：由气承弹性板(1)、纺锤形充气膜(2)、螺旋张拉索(3)连接成一个充气膜整体张拉梁，气承弹性板(1)通过螺旋张拉索(3)环绕固定于纺锤形充气膜(2)上，纺锤形充气膜(2)内充注超压空气(5)；多个充气膜整体张拉梁采用平行、扇形或圆形布置的方式，通过其顶部覆盖的脊谷形负高斯曲面张力膜(6)互相连接构成充气张拉整体膜结构；脊谷形负高斯曲面张力膜(6)的中间压上谷索(7)，边缘设置膜固定边(8)；气承弹性板(1)两端各固定一个铰连接接点(4)。

说明书

充气张拉整体膜

技术领域

[0001] 本发明涉及一种充气张拉整体膜，可直接应用于大跨建筑屋盖，如会议、多功能厅、体育馆等。属于建筑结构技术领域。

背景技术

[0002] 膜结构始于1952年，其典型形式为骨架式膜、张拉膜、气承膜、气囊膜、张拉整体膜。其中，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、拱支承并通过索张拉和稳定膜，气承膜通过充气使建筑空间内外产生压差以支承建筑膜，气囊膜采用充气使气室内外产生压差以保持气囊刚度用于建筑结构，张拉整体膜由连续张力索间断压杆形成张力平衡体系，这些膜结构都被广泛研究，其中骨架式膜、张拉膜技术成熟，国内外广泛应用，但是，气承膜、气囊膜、张拉整体膜却由于各自特点、技术难度应用较少，张拉整体膜在我国工程领域尚未应用。

[0003] 陈务军著的“膜结构工程设计”(中国建筑工业出版社，2005.3.)中详细阐述了气承膜和气囊膜的特点。其中，气承膜建筑活动空间具有一定高压影响，抗风和抗雪安全性差；气囊膜跨越力较小，多用于小型建筑、网格单元化建筑。Zhang Li-mei、Chen Wu-jun著的“Manufacture error and its effects on the initialpre-stress of the Geiger cable dome”(International Journal of Space Structures，2006，21(3)：141-147.)中采用的Geiger索穹顶和Zhang Li-mei、Chen Wu-jun著的“The initial pre-stress found procedure and structural performance researches forLevy cable dome based on the linear adjustment theory”(Journal of ZhejiangUniversity SCIENCE A，2007，8(9)：1366-1372.)中采用的Levy型索穹顶，均是张拉整体膜，这些张拉整体膜由于张力导入、控制的技术难度大，结构刚度较小等缺点，工程应用少。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有膜结构的不足，提供一种充气张拉整体膜，具有跨度大、承载力高、轻质、安装方便的特点，可用于中、大跨屋盖，适应多种平面、立面建筑空间布局。

[0005] 为实现这样的目的，本发明的充气张拉整体膜由多个充气膜整体张拉梁通过其顶部覆盖的脊谷形负高斯曲面张力膜互相连接而成，可形成较大的跨度。充气膜整体张拉梁为充气张拉整体膜的脊，由气承弹性板、纺锤形充气膜、螺旋张拉索连接而成，给纺锤形充气膜充气，保证充气膜整体张拉梁的刚度和承载能力。脊谷形负高斯曲面张力膜为充气张拉整体膜的围护主体、也是其重要受力元素；在脊谷形负高斯曲面张力膜中间压上谷索，作为充气张拉整体膜的稳定索。

[0006] 本发明的具体结构为：由气承弹性板、纺锤形充气膜、螺旋张拉索连接成一个充气膜整体张拉梁，气承弹性板通过螺旋张拉索环绕固定于纺锤形充气膜上，纺锤形充气膜内充注超压空气。多个充气膜整体张拉梁采用平行、扇形或圆形布置的方式，通过其顶部覆盖的脊谷形负高斯曲面张力膜互相连接构成充气张拉整体膜结构。脊谷形负高斯曲面张力膜的中间压上谷索，两边设置膜固定边。气承弹性板两端各固定一个铰连接接点。

[0007] 本发明中，充气膜整体张拉梁包括气承弹性板、纺锤形充气膜、螺旋张拉索，用鼓风机对纺锤形充气膜充气使充气膜整体张拉梁成形、维持刚度、承受荷载。螺旋张拉索连接充气膜上部的气承弹性板并螺旋形绕过充气膜下面然后螺旋绕到气承弹性板连接，根据跨度可缠绕为连续螺旋线。

[0008] 脊谷形负高斯曲面张力膜与气承弹性板通过螺栓和压板连接；谷索压在脊谷形负高斯曲面张力膜的中间位置，施加一定的拉力之后两端锚固于下部建筑，起结构稳定作用；脊谷形负高斯曲面张力膜边连接建筑固定边或自由边缘。索充气膜整体张拉梁通过两端的铰连接接点与建筑支承柱连接锚固。

[0009] 本发明是对气囊膜、气承膜、张拉膜、张拉整体、梁式结构的创新，充分利用索抗拉强度高、气承弹性板受压、充气膜空气受压对弹性板的连续支承、膜自由张拉成形的特点，实现充气张拉整体膜结构的跨越能力增加、轻质、安装成形简捷，可广泛用于大跨公共建筑屋盖、工业建筑屋盖、应急抗震救灾场所等。

附图说明

[0010] 图1为本发明充气张拉整体膜的充气膜整体张拉梁平立面图。

[0011] 图1中，1为气承弹性板，2为纺锤形充气膜，3为螺旋张拉索，4为固定铰连接接点，5为纺锤形充气膜内空气。

[0012] 图2平面四边形充气张拉整体膜结构图。

[0013] 图2中，1为气承弹性板，2为纺锤形充气膜，3为螺旋张拉索，4为固定铰连接接点，5为纺锤形充气膜内空气，6为脊谷形负高斯曲面张力膜，7为谷索，8为膜固定边。

[0014] 图3平面圆形充气张拉整体膜示意图。

[0015] 图3中，1为气承弹性板，2为纺锤形充气膜，3为螺旋张拉索，4为固定铰连接接点，5为纺锤形充气膜内空气，6为脊谷形负高斯曲面张力膜，7为谷索，8为膜固定边。

具体实施方式

[0016] 以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

[0017] 图1给出了本发明充气张拉整体膜的充气膜整体张拉梁平立面图。如图1所示，充气膜整体张拉梁包括一个气承弹性板1、一个纺锤形充气膜2、螺旋张拉索3，构成充气张拉整体膜结构的主要结构组件。跨度L宽度b的气承弹性板1(上曲率半径R1)，通过螺旋张拉索3(A-C-B’、A’-C-B)环绕固定于纺锤形充气膜2上，纺锤形充气膜2内由鼓风机泵入空气5(大于大气压150～250mBar)，气承弹性板1两端各固定一个铰连接接点4。

[0018] 图2为平面四边形充气张拉整体膜示意图。如图2所示，三榀平行布置的充气膜整体张拉梁，通过其顶部覆盖的脊谷形负高斯曲面张力膜6互相连接构成膜结构。脊谷形负高斯曲面张力膜6连接气承弹性板1(A1-B1、A3-B3、A5-B5)，脊谷形负高斯曲面张力膜6的中间压上谷索7(A2-B2、A4-B4)，两边设置膜固定边8(A1～A5、B1～B5)。气承弹性板1两端各固定一个铰连接接点4。

[0019] 图3为平面圆形充气张拉整体膜示意图。如图3所示，三榀交叉径向对称布置的充气膜整体张拉梁，通过其顶部覆盖的脊谷形负高斯曲面张力膜6互相连接构成膜结构。脊谷形负高斯曲面张力膜6连接气承弹性板1(O-D1～D6)，脊谷形负高斯曲面张力膜6的中间压上谷索7(O-d1～d6)，两边设置膜固定边8(D1-d1-D2～D6-d6-D1)。

[0020] 本发明的构件尺寸、材料选择、工艺设计可针对具体应用确定，包括充气膜整体张拉梁跨度L、宽度b、气承弹性板上曲率半径R1、气承弹性板下曲率半径R2、纺锤形充气膜上曲面矢高f1、纺锤形充气膜下曲面矢高f2、A1～A2间距和高程、Di～di角度和高程，各种杆件的截面大小、连接副尺寸、以及接点连接板。气承弹性板可采用高强合金钢板，螺旋张拉索和谷索可采用高强镀锌钢绞索，纺锤形充气膜、脊谷形负高斯曲面张力膜可采用PVDF或PTFE高强建筑膜，脊谷形负高斯曲面张力膜固定边8可采用铝合金。纺锤形充气膜内空气压力可根据跨度荷载要求进行设计取值。

[0021] 本发明的充气张拉整体膜可以按照具体实施方式中的连接方法，选择合理的构件尺寸、材料和工艺，组装成平面四边形、圆形、扇形等多种形状的充气张拉整体膜。充气张拉整体膜的充气膜整体张拉梁端、谷索连接锚固于建筑支承柱，脊谷形负高斯曲面张力膜边连接建筑固定边或自由边缘索。