[实用新型]充气柱式支撑膜结构建筑

说明书

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