膜構(gòu)知識(shí)庫(kù)
單層張拉式ETFE膜單元的計(jì)算分析
ETFE膜材為各向同性均質(zhì)材料，其強(qiáng)度指標(biāo)可通過(guò)單軸拉伸試驗(yàn)確定。根據(jù)其單軸拉伸試驗(yàn)曲線的特點(diǎn)，ETFE膜材的強(qiáng)度指標(biāo)包含了第一屈服強(qiáng)度、第二屈服強(qiáng)度以及極限抗拉強(qiáng)度。
ETFE膜材在應(yīng)力不超過(guò)第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)可以認(rèn)為是線彈性材料，第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)和第二轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間材料發(fā)生了屈服，兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別定義為ETFE膜材的第一屈服點(diǎn)和第二屈服點(diǎn)。圖中，B點(diǎn)即為第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為第一屈服強(qiáng)度；C點(diǎn)即為第二轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為第二屈服強(qiáng)度。
ETFE膜材斷裂時(shí)可發(fā)生400%左右的變形，但第一屈服點(diǎn)和第二屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變只有2~3%和15~20%。當(dāng)應(yīng)力小于第一屈服點(diǎn)時(shí)可認(rèn)為是各向同性的線彈性材料。如上圖，取O點(diǎn)與B點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)的連線的斜率分別作為ETFE膜材的第一、第二彈性模量，其數(shù)值分別為650MPa、50MPa。
荷載效應(yīng)分析時(shí)，在各種荷載組合作用下，膜面各點(diǎn)的最大主應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：
σmax ≤ f
f = fk/γR
式中：
σmax — 在各種荷載組合作用下的最大主應(yīng)力值；
f — 對(duì)應(yīng)于最大主應(yīng)力方向的膜材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；
fk — 張拉式時(shí)，取第一屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；氣枕式時(shí)，取第二屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；
γR — 膜材抗力分項(xiàng)系數(shù)；第一類荷載效應(yīng)組合時(shí)，張拉式γR=1.8、氣枕式γR=1.4；第二類荷載效應(yīng)組合時(shí)，γR=1.2。
ETFE膜材的透光率極高、重量極輕、顏色豐富，因此得到了業(yè)主和設(shè)計(jì)師的青睞。ETFE膜材最初常應(yīng)用于多層氣枕式膜結(jié)構(gòu)。
最近幾年，ETFE膜材在單層張拉式膜結(jié)構(gòu)中到了越來(lái)越多的應(yīng)用。但由于ETFE膜材的強(qiáng)度不高，如果需要膜單元大跨度，實(shí)際工程中一般采用加膜面索的方式，以提高膜面的承載能力。