膜结构技术规程 CECS158：2015

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4??材????料4．1??膜????材4．1．1??本规程包括目前常用的三类膜材，G类、P类和新兴起来的E类。????ETFE(ethylene?tetra?fluoro?ethylene)是一种高分子材料，具有良好的耐化学性能。薄膜可通过高温熔化ETFE颗粒后经挤压成型得到，用于建筑屋面或墙面材料时其厚度通常为(80～300)μm。ETFE膜材具有透光率高、抗老化性、自洁性好等优点，适用于对透光率有较高要求的建筑物。但由于其强度低，可应用于较小跨度的单元。考虑到应用日益增多，本次修订增加ETFE膜材作为E类。????由于膜材的理化性能和力学性能对膜结构实用性和寿命影响甚大，因此应根据使用功能合理选择膜材类型。4．1．2??涂层织物膜材可采用不同基布和涂层材料构成，目前各国生产的膜材种类很多，且新的品种不断出现，采用现行行业标准《膜结构用涂层织物》FZ／T?64014规定的标识方式便于选用和区分。G类和P类膜材以“基布纤维／涂层材料／防污面层”的英文缩写字母表示。例如：????——P／PVC／PVF：聚酯纤维织物／聚氯乙烯(PVC)／聚氟乙烯(PVF)????——P／PVC／PVDF：聚酯纤维织物／聚氯乙烯(PVC)／聚偏氟乙烯(PVDF)????——P／PVC／TiO2：聚酯纤维织物／聚氯乙烯(PVC)／二氧化钛(TiO2)????——G／PTFE：玻璃纤维织物／聚四氟乙烯(PTFE)????不同膜材的耐久性、自洁性、透光性、热融合性、柔韧性有较大差别，可根据膜材生产企业提供的资料选用，也可按现行行业标准《膜结构用涂层织物》FZ／T?64014的规定进行检验。4．1．3??涂层织物膜材承载力主要取决于基布纤维的粗细和纱线根数，工程中习惯以厚度和重量的不同加以区分。由于对膜材的强度尚无条件进行科学的统计，本条仍采用原规程对膜材的归类，即将G类和P类膜材分别划分为六个不同强度级别，将强度单位规范为N／5cm，并赋予简单代号。在选择膜材料时应以强度指标为主，材料厚度、克重作为参考指标，综合考虑自洁性、耐久性、经纬向弹性模量差异、透光性等其他物理指标采用。????考虑工程中6μm玻璃纤维基材的G类膜材仍有应用，此次修订保留了6μm玻璃纤维丝，由于其柔性较差，在膜材加工、运输、安装过程中发生不可避免的折叠时，会出现较多的玻璃纤维丝断裂现象，导致膜材有效强度的降低，因此，对于大型或复杂膜结构不应采用6μm玻璃纤维基材的PTFE膜材。????膜材生产企业通常用破断强度现行行业标准(《膜结构用涂层织物》FZ／T?64014称为断裂强力)表示膜材的极限承载力，应该是经过统计而得出的保证率为95％的标准强度值。本规程将其表述为极限抗拉强度标准值，为的是与各种结构设计规范保持一致。对于强度保证率不确定的膜材，其极限抗拉强度标准值应根据现行行业标准《膜结构用涂层织物》FZ／T?64014试验所得出的断裂强力确定，并按测试值减小5％使用。4．1．4??通过对两个生产厂家、5种厚度(80μm、100μm、200μm、250μm、300μm)、总计300根试样的单轴拉伸试验，得到室温条件下保证率为95％时的第一屈服强度、第二屈服强度以及极限抗拉强度标准值。单向拉伸试验表明，ETFE膜材长度方向与宽度方向的拉伸性能基本相同，设计中可将ETFE膜材按各向同性材料处理。不同厚度的材料强度差异不大，无须再细分级别，设计中可根据结构承载力要求选用不同厚度膜材或膜材层数。????研究表明，E类膜材单向拉伸应力应变曲线经历了两个比较明显的刚性转折点(图2中B点和C点)，分别定义两个转折点为E类膜材的第一屈服点和第二屈服点。第一屈服点B之前应力应变呈近似直线关系，可以认为材料处于弹性状态。经过B点后，应力应变曲线仍保持近似直线，但直线的斜率迅速减小，可以认为材料发生屈服。当应力超过第二屈服点C后，材料迅速被拉长，随着应变的大幅度增加，逐渐出现应力强化并最终断裂。试验统计结果还表明，第一及第二屈服强度数据标准差较小，屈服强度是描述E类膜材强度值的可靠指标。图2???E类膜材单轴拉伸曲线????高温环境下E类膜材强度将出现较为明显的下降。试验表明，当温度从20℃升高到40℃时，E类膜材的屈服强度与破断强度将下降约20％。由于膜结构强度主要受风荷载控制，暴风时气温一般不会达到40℃，因此仍可按室温时的强度值进行设计。当ETFE膜结构经历持续40℃以上高温时，需进行膜材强度试验并在设计中对强度值进行折减。本规程附录B规定了试验确定E类膜材第一及第二屈服点的方法。4．1．5??涂层织物膜材是正交异性的粘弹性体，具有明显的非线性，研究表明其弹性常数不仅受纤维材质、粗细、编织方法和涂层性质影响，而且与所加的荷载、加载历史以及经向、纬向张力比有关，理论上对其规格化是非常困难的。因此工程应用中需根据具体工程、具体膜材通过试验确定。国内外研究多认为双轴拉伸试验更符合膜材的受力情况，建议采用正交比例加载，进行重复拉伸试验确定其弹性模量。因此，本条规定由生产企业提供或通过试验确定，本规程附录C给出了具体的试验方法。????各国规范均认为通常膜面应力仅用到膜材极限抗拉承载力的1／10～1／8，大致处于膜材应力-应变曲线初始近似线性段，第二类荷载效应组合下也不允许超过膜材极限抗拉承载力的1／4(意大利：3．75，加拿大：4，英国：≥4，美国：4，日本：3．5)。因此，根据G类膜材经向、纬向各380条，P类膜材经向、纬向各244条单轴拉伸试验得到的膜材应力-应变曲线，取初始近似线性段的斜率作为弹性模量，可得出G类膜材经向约在600～4000，纬向约在230～2000；P类膜材径向约在490～1600，纬向约在220～1000。表1所列为其平均值，设计时可以参考。应该指出，研究表明单轴拉伸试验的结果会略小于双轴拉伸试验的结果(5％～10％)；另外，第二类荷载效应组合下膜材可能会处于超过1／8极限抗拉承载力的工作状态，P类膜材的弹性模量会有一定程度降低，设计时需注意。表1??涂层织物膜材的弹性模量4．1．6??由于E类膜材可以认为是各向同性材料，本条给出了经向单轴拉伸试验统计确定的E类膜材弹性模量和泊松比。????E类膜材单轴循环拉伸试验表明，当应力小于第一屈服强度时循环拉伸不会发生残余应变，而当应力大于第一屈服强度时，循环拉伸将会使材料发生残余应变。300条E类膜材试样单轴拉伸试验得到的第一屈服强度均值为18．4MPa；另一方面，按本规程第5．3．6条规定的E类膜材设计强度值按结构形式及荷载组合为9．1MPa～18．8MPa，即E类膜材的工作状态基本上处于第一屈服强度以内，可按线弹性分析。因此，本规程取第一屈服点B之前应力-应变曲线近似直线的斜率作为设计用弹性模量，可按附录A规定的试验方法进行检验。如果E类膜材处于超过第一屈服强度的工作状态，其弹性模量会有一定程度降低，设计时需注意。4．1．7??抗撕裂强度、抗剥离强度是反映织物类膜材质量的重要指标，因此本次修订新增此条，并参照现行行业标准《膜结构用涂层织物》FZ／T?64014的规定给出了不宜采用的下限值，条文中“乘以1cm”仅是为了从极限抗拉强度标准值的单位N／5cm转换为抗撕裂强度通常用单位N。