充气膜结构的力学原理

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充气膜结构的力学原理  

在膜结构中,利用气压使膜产生张力,以此来抵抗外力的结构,称为充气膜结构。

根据充气膜结构力学性质的不同进行分类,可分为气承式充气膜结构和气胀式管状充气膜结构。气承式充气膜结构是把大面积的膜材周边固定, 利用膜内外两侧的气压差使膜产生张力而形成的结构。

最典型的结构是将空气充入裁剪成穹顶形状的膜面内部, 使膜面鼓起形成穹顶结构这种穹顶被称为充气穹顶图1(a)。将空气充入周边牢固固定的2片膜之间,2 片膜各自的力学性质与充气穹顶基本相同。这类结构,统称为气承式。充气膜结构 (air: supported structure)。  

为使膜产生张力, 不一定要使穹顶内部的气压比外部气压高。只要具备应有的支承条件,穹顶内部气压低于外部气压,也可以使膜面产生张力[图1(c)。   气胀式管状充气膜结构,是在制作成管状的膜材内充人空气而形成的结构,  可形象地理 解为用空气代替香肠肉来塞满管状膜。

笔直的管状膜充气鼓胀水平放置,可得到梁[充气梁 ,图2(a);弯曲的管状膜充气鼓胀形成拱。 把多根这样的充气梁或拱并排连接起来,可创造出建筑空间。并列的梁或拱并不是相互独立的, 而是用连接构件连接成整体使用。管状的充气膜结构,被称为气胀式充气膜结构( air-inflated structure)。