2024年第2期《现代膜材料与膜结构技术创新发展》专刊

钢结构（中英文）

2024年第2期《现代膜材料与膜结构技术创新与发展》特刊介绍

特刊编辑

张莹莹，中国矿业大学教授、博士生导师。 现任力学与土木工程学院副院长、中国建筑金属结构协会教育工作委员会副秘书长、江苏省土木建筑学会钢结构专业委员会副主任委员。 职务：江苏省土木建筑学会教育工作委员会副秘书长。 入选江苏省“六大人才高峰”高层次人才之一、江苏省高校清澜工程中青年学术带头人。 长期从事建筑膜材料及膜结构相关研究。 主持膜结构领域国家级项目5项，企业横向项目20余项。 以第一或通讯作者发表SCI/EI检索论文80余篇，以第一作者授权发明专利15项，出版专着1部，荣获中国钢结构协会科技进步一等奖（排名第一） ）、中国建筑金属结构协会科学技术奖二等奖（排名第1）、中国建筑科学技术奖三等奖（排名第2）、江苏省复合材料学会科学技术奖二等奖（排名第1）第 1) 等

编者注

膜结构具有新颖多彩的外观和清晰高效的力传递方式，可以满足建筑设计的多样化需求。 近20年来，我国膜结构产业蓬勃发展，无论是新材料还是新型结构体系都取得了全面进展。 近年来，膜结构凭借其独特的艺术外观和优异的力学性能，在传统建筑领域的基础上不断拓展应用领域，涉及应急救援、航空航天、工业、军事等领域。 随着应用场景和功能的不断完善，对膜材料和膜结构提出了新的挑战。 新型功能膜材料的研发和新型膜结构系统的开发已成为当前的研究热点。 学者们通过模型试验、理论研究和关键技术研发，取得了一系列成果并在工程结构中得到成功应用。 为此，《钢结构（中英文）》杂志特邀张莹莹教授担任主编，系统整理“现代膜材料与膜结构技术创新与发展”专栏，向广大读者介绍国内新型膜材料的应用及新型膜结构。 以及膜结构分析理论等方面的最新研究成果，以推动现代膜材料和膜结构技术的改进和升级。

概述

现代织物类膜材料力学性能研究进展

张莹莹 1,2 张琪琳 3 许俊豪 1,2 凌宇 1,2

1.中国矿业大学江苏省土木工程环境灾害与结构可靠性重点实验室

2.中国矿业大学力学与土木工程学院

3.同济大学土木工程学院

摘要: 织物膜材以其轻质、高强、耐候、加工运输方便等优点，广泛应用于公共建筑、应急救援、航空航天、工业和军事领域。 近年来，为了准确分析织物膜的结构并促进其在不同领域的应用，织物膜材料的力学性能成为研究的重点。 为此，利用CiteSpace对国内外相关文献进行了20多年的深入分析。 通过可视化知识图谱阐释了织物膜结构研究热点的演变过程，系统分析了织物膜的测试方法、力学性能和宏观细观本构。 模型等方面的研究进展。

研究发现，我国早期膜结构研究主要集中在结构找形和静力分析方面。 随着膜结构在我国不同领域的深入应用，相关研究逐渐扩展到材料本构模型、强度准则、结构风致灾变等方面：1）织物膜材的拉伸性能相关其微观结构、基布织造工艺、涂层工艺和纤维类型等多种因素有关。 它们表现出典型的各向异性，其拉伸强度随着离轴角的增加而增加。 有两种变化特征：“U”形和“W”形。 2）双轴剪切测试方法可以使试件核心区域的剪切应力均匀分布，目前广泛应用于膜材料剪切性能测试。 3）膜材料的撕裂强度受测试方法影响显着。 现有的研究主要集中在材料的撕裂性能上。 初始缺陷对膜结构静态和动态性能的影响机制有待进一步阐明。 4）目前膜结构连接部位的研究多集中于膜片及膜片热封连接试件的面内拉伸性能，忽视了连接部位在面外荷载作用下容易出现的剥离破坏。 5）织物膜材料本构模型分为细观力学模型和宏观唯象模型。 现有宏观模型基本实现了膜材料非线性、非弹性、粘弹性等力学特性的描述。 细观模型更关注张力。 对于拉伸刚度的预测，目前缺乏拉伸强度预测的相关研究。

织物膜材料的研究已经取得了很大进展，但有些方面仍需要进一步研究：1）现阶段织物膜材料的分类依据单调，没有考虑到预期用途和特性的差异。 有必要进一步细化和完善分类依据。 2）撕裂破坏是膜结构的主要破坏模式，但在现行设计规范中并未得到充分体现。 3）面内拉伸测试难以反映膜热封区的真实应力状态、力学性能和失效模式。 热封焊接工艺对拼接膜性能的影响机理有待研究。 4）目前对织物膜材料及连接件疲劳性能的研究很少，膜材料的疲劳损伤机理尚未明确。

关键词：织物膜材料； 机械性能； 本构模型； 引用空间

资料来源：章莹颖、张其林、徐俊豪、盛凌宇。 现代织物类膜材料力学性能研究进展[J]. 钢结构（中英文），2024, 39(2): 1-19.

DOI：10.3724/j.gjgS23080101

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气肋膜结构及其应用

王宁瑞 张富 吴明儿

同济大学土木工程学院

摘要： 气肋膜结构是一种采用高压气肋作为支撑系统的充气式膜结构。 它将多个气肋连接成一个整体，创造出一个使用空间。 它重量轻、便于携带、可快速运输、能耗低。 、安全可靠等优点。 为了满足大跨度、强承载性能的要求，国内外学者对此进行了充分的研究。 气肋膜结构得到了广泛的应用和发展，已成为国内外许多城市的标志性建筑。 为此，本文首先回顾了气肋膜结构的结构形式，概述了气肋内压的作用和设计要求，简述了工程应用中的设计内压，总结了使用性能监测方法和失效性能研究。 方法。 然后总结了气肋膜结构的工程应用案例。 这种结构形式已广泛应用于展览馆、体育场馆、实验室、充气机库、仓储仓库等实际工程项目中。 在大跨度气肋膜结构建筑中，索笼带式气肋膜结构为多个气肋连接形成整体提供了有效的方法。 带式连接可以通过增加带的布置来提高单个气肋的承载能力以及气肋之间的协同工作能力。 重点介绍了索笼带式气肋膜结构的结构特点以及BUILDAIR索笼的使用情况。 大型飞机机库工程应用带式气肋膜结构施工。 最后对索笼式气肋膜结构工程应用中气肋直径与结构跨度的关系进行了统计分析。 研究结果表明，在大多数索笼绑扎式气肋膜结构工程案例中，气肋直径与结构跨度之比约为1/10，但气肋直径的具体选取需要通过以下方式确定：根据实际工程情况进行设计分析。

关键词：气肋； 充气结构； 膜结构； 电缆笼扎带式； 工程应用

资料来源：王宁瑞，张福，吴敏宁尔。 气肋膜结构及其应用[J]. 钢结构（中英文），2024, 39(2): 20-29.

DOI：10.3724/j.gjgS23072902

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研究

新型增强高透膜材料（STFE）力学性能及其在膜结构中的应用

张起林1罗小群1袁野1黄勇2

1.同济大学土木工程学院

2.森飞瑞（上海）复合材料有限公司

摘要: 加筋高透膜材料（STFE）是一种新型高透明建筑膜材料。 具有涂层织物膜材料高拉伸强度、高撕裂强度的特点和高分子膜材料高透明度的特点。 适用于需要透明性的拉伸膜结构。 作为一种新型进口膜材料，要想用于国内建筑结构设计，首先必须按照国内标准对其力学性能进行检测。 根据DG/TJ 08-2019-2019《膜结构检测标准》，对STFE膜材料共进行了6项力学性能测试：拉伸强度和断裂伸长率、撕裂强度、弹性模量和泊松比、剪切模量、蠕变伸长率、连接强度。 测试测得STFE膜的经向拉伸强度为4241N/(5cm)，纬向拉伸强度为4335N/(5cm)； 经向撕裂强度809N，纬向撕裂强度873N； 经向弹性模量为1512kN/m，纬向弹性模量为2352kN/m； 剪切模量为30.5 kN/m； 经向蠕变伸长率为0.85%，纬向蠕变伸长率为0.85%。 为0.73%； 常温下膜片间的连接强度可达到主体材料的100%。

为了明确STFE膜材料的应用场景，介绍了目前该膜材料在国内外一些新建建筑和建筑改造项目中的应用情况，包括伊斯坦布尔国际机场的人行通道、大皇宫临时场馆等2024 年巴黎奥运会和伦敦布伦特十字车站的过道天篷。 、伦敦皇家骨科医院休息屋顶改造、墨尔本Mpavilion景观亭、佛山博爱湖公园景观遮阳亭。 在张拉膜结构中，焊接节点是重要的组成部分。 参考《STFE膜材料技术指南》，介绍了该类膜材料在结构中高频焊接的各种节点形式，包括膜-膜焊接连接、膜-涂层膜材料连接、膜片-边缘电缆连接、通过测量STFE膜材料的力学参数并简要介绍膜材料在结构中的应用和节点方法，为该类型膜的应用和推广提供一定的参考材料在中国。

关键词：STFE膜材料； 张拉膜结构； 强度测试； 机械性能参数； 结构应用； 节点法

资料来源：张其林、罗小群、袁野、黄勇。 新型增强高透膜材料(STFE)力学性能及其在膜结构中的应用[J]. 钢结构（中英文），2024, 39(2): 30-42.

DOI:10.3724/j.gjgS23051902

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彩色ETFE薄膜光热性能实验研究

戴久梅 1 周景航 1 胡建辉 1 赵兵 1 陈武军 1 任思杰 2

1.上海交通大学空间结构研究中心

2、上海海博膜结构有限公司

摘要：为了满足建筑设计要求，彩色ETFE薄膜被开发出来并应用于现代大型公共建筑。 然而，作为一种新材料，彩色ETFE薄膜的性能研究相对有限，特别是ETFE薄膜的典型光热性能特征。 从实际工程应用出发，以成都农博园使用的9种有色ETFE薄膜和1种无色透明ETFE薄膜为代表，作为测试对象，对其透光率和热性能进行测试。 首先，使用紫外-可见-近红外分光光度计测量测试薄膜在太阳辐射波段的透过率和反射率。 通过比较有色ETFE膜和无色透明ETFE膜的太阳辐射曲线的变化趋势和波动情况，对有色ETFE膜进行分析。 根据无色透明ETFE薄膜在太阳波段的透光率和热辐射性能的变化，计算得出测试薄膜的可见光透过率和太阳辐射系数。 采用激光散射法测试测试膜的导热系数，计算出测试膜在室温下的导热系数和热阻。 总结不同颜色ETFE薄膜光热性能参数的变化规律，并与无色透明ETFE薄膜进行比较，结果表明：1）在紫外区，有色ETFE薄膜的透过率和反射率均处于较低水平（总量不超过30%），有色ETFE膜具有很强的吸收紫外线的能力。 在实际使用中，应注意彩色ETFE膜的老化问题。 2）有色ETFE膜的可见光透过率和太阳辐射透过系数均低于无色透明ETFE膜，导热系数略低于无色透明ETFE膜，太阳辐射吸收系数和相同厚度下薄膜的热阻均大于无色ETFE薄膜。 彩色透明ETFE膜。 3）影响彩色ETFE薄膜可见光透过率和太阳辐射系数的主要因素是薄膜颜色的深浅。 薄膜颜色越浅，可见光透过率越大，太阳辐射透过系数越大，吸收系数越小； 随着薄膜颜色的加深，薄膜吸收阳光的能力逐渐增强，透射系数和反射系数都比较低。 4）影响彩色ETFE薄膜耐热性的主要因素是膜厚； 在相同厚度下，有色ETFE薄膜的热阻比无色透明ETFE薄膜高7%至14%。 研究结果表明，采用彩色ETFE薄膜作为建筑围护结构，可以增加围护结构对太阳辐射的反射和吸收，一定程度上阻挡热传导，减少室内过度采光和夏季过热。

关键词：彩色ETFE膜； 透光率； 热性能

资料来源：戴久梅、周京航、胡建辉、赵兵、陈武军、任思杰。 彩色ETFE薄膜光热性能实验研究[J]. 钢结构（中英文），2024, 39(2): 43-49.

DOI：10.3724/j.gjgS23051801

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矩形平面气撑膜结构平均风荷载及风响应特性研究

吴越 1,2 张世伟 3 赵俊斌 1,2

1.哈尔滨工业大学结构工程灾害与控制教育部重点实验室

2.哈尔滨工业大学土木工程学院

3、中建第一工程局集团第三建设有限公司

摘要： 空气支撑膜结构是一种典型的风敏结构。 膜面在风荷载的作用下会发生较大的变形。 风阻是制约膜结构发展的重要因素。 为了研究矩形平面气承膜结构的风荷载特性，设计制作了6个不同的刚性模型，采用楔块、粗糙单元和锯齿挡板来模拟A、B、C三种地貌。在大气A中在边界层风洞中对矩形平面气撑膜结构进行了刚性模型压力试验。 分析计算了风向、跨度、高宽比、地面粗糙度等因素对结构表面平均风压分布的影响。 不同风向角下结构的风系数。根据风洞试验获得的风荷载数据，在有限元软件ABAQUS中对原型尺寸矩形平面气撑膜结构的风振响应进行了分析。 使用 M3D4R 单元对膜表面进行建模，并使用电缆

利用T3D2单元建模，研究了不同风向角下结构的平均风响应特性，总结了膜面在风荷载作用下的位移和应力分布规律，确定了位移和应力极限值的位置。 最后提出了一种适用于矩形平面气撑膜结构的风荷载类型系数分区方案，并给出了不同分区的推荐值。 研究表明，矩形平面气撑膜结构的平均风压系数受风向和结构长宽比影响较大，受地面粗糙度影响较小； 长径比越小，上吸风区的风压越小； 随着跨度增大，迎风区正风压系数增大，吸力区负风压系数减小； 矩形平面气撑膜结构的风系数在0°风向角时最大； 在0°和45°风向角下，矩形平面气撑膜结构的迎风面和顶部变形较大。 风向角90°时，迎风面变形较大，顶部变形较小。 在0°和90°风向角时，连接结构两侧和中间部分的凸起部分受力较大，在45°风向迎风面拐角处出现明显的皱纹，并伴有应力集中； 0°风向角时位移和应力最大，90°风向角时位移和应力最小； 建议使用 0° 和 90° 风向。 角下矩形平面气撑膜结构风荷载型系数采用5区形式，45°风向采用7区； 0°、90°风向角下结构区风荷载类型系数受跨度影响显着，45°风向下结构分区风荷载类型系数受坡向影响显着比率。

关键词：充气膜结构； 风洞试验； 非线性有限元分析； 平均风响应； 分区风荷载类型系数

资料来源：吴越、张世伟、赵俊斌。 矩形平面气撑膜结构平均风荷载及风响应特性研究[J]. 钢结构（中英文），2024, 39(2): 50-57.

DOI：10.3724/j.gjgS23051802

设计讨论

抗震设计按GB 50017-2017《钢结构设计标准》

童根树

浙江大学高性能结构研究所

摘要：本文根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》第17章，探讨了抗震设计的自反性和决定构件抗震性能的三个方面，以及钢结构建筑的抗震设计方法。 结构性能系数给出了短周期调节系数、多自由度放大系数、二阶效应放大系数和阻尼调节系数。 介绍了延性发展机制的控制及其机制控制的等效方法，并对高层多自由度结构底部加固区地震作用的调整提出了新的解释。 最终接受了地震作用组合下的二阶分析设计方法。

关键词：性能系数； 抗震设计； 容量设计方法； 延展性

资料来源：童根树。 按GB 50017-2017《钢结构设计标准》进行抗震设计[J]. 钢结构（中英文），2024, 39(2): 58-60.

DOI：10.3724/j.gjgS23031020

钢结构热点分析

本期问题：计算轻量化门式刚架结构的地震效应时，是否需要考虑扭转耦合的影响？

问题介绍：《建筑与市政工程抗震通用规范GB 55002-2021》第4.1.2条规定，计算各侧向受力构件的水平地震作用时，应计入扭转作用。 在计算轻量化门式刚架结构的地震效应时，是否需要考虑扭转耦合的影响？

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