膜構(gòu)知識庫
單層張拉式ETFE膜單元的計算分析
ETFE膜材為各向同性均質(zhì)材料，其強度指標(biāo)可通過單軸拉伸試驗確定。根據(jù)其單軸拉伸試驗曲線的特點，ETFE膜材的強度指標(biāo)包含了第一屈服強度、第二屈服強度以及極限抗拉強度。
ETFE膜材在應(yīng)力不超過第一轉(zhuǎn)折點時可以認(rèn)為是線彈性材料，第一轉(zhuǎn)折點和第二轉(zhuǎn)折點之間材料發(fā)生了屈服，兩個轉(zhuǎn)折點分別定義為ETFE膜材的第一屈服點和第二屈服點。圖中，B點即為第一轉(zhuǎn)折點，對應(yīng)的應(yīng)力為第一屈服強度；C點即為第二轉(zhuǎn)折點，對應(yīng)的應(yīng)力為第二屈服強度。
ETFE膜材斷裂時可發(fā)生400%左右的變形，但第一屈服點和第二屈服點對應(yīng)的應(yīng)變只有2~3%和15~20%。當(dāng)應(yīng)力小于第一屈服點時可認(rèn)為是各向同性的線彈性材料。如上圖，取O點與B點、B點和C點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，在各種荷載組合作用下，膜面各點的最大主應(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 — 對應(yīng)于最大主應(yīng)力方向的膜材抗拉強度設(shè)計值；
fk — 張拉式時，取第一屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值；氣枕式時，取第二屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值；
γR — 膜材抗力分項系數(shù)；第一類荷載效應(yīng)組合時，張拉式γR=1.8、氣枕式γR=1.4；第二類荷載效應(yīng)組合時，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)中到了越來越多的應(yīng)用。但由于ETFE膜材的強度不高，如果需要膜單元大跨度，實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。