钢结构（中英文）
《现代膜材料与膜结构技术的创新与发展》2024年第2期专刊简介
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、江苏省土木建筑学会教育委员会副秘书长。入选江苏省“六大人才高峰”高层次人才、江苏大学蓝绿工程中青年学术带头人。长期从事建筑膜材料、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论文80余篇，以第一作者授权发明专利15项，出版专著1部，获中国钢结构协会科技进步一等奖（排名第1）、中国建筑金属结构协会科学技术奖二等奖（排名第1）、华夏建设科技奖三等奖（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）。
编者注
膜结构具有新颖多样的外观造型、明确高效的传力方式，满足了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，无论在新材料还是新结构体系方面都取得了长足的进步。近年来，膜结构凭借独特的外观造型、优异的受力性能，在传统建筑领域应用不断拓展，涉及应急救援、航空航天、工业和军事等领域。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，开发新型功能膜材料和新型膜结构体系成为当前的研究重点。学者们通过模型试验、理论研究和关键技术研发，已将一系列成果成功应用于工程结构中。 为此，《钢结构（中英文）》杂志社特邀请张莹莹教授担任主编，系统地组织了“现代膜材料与膜结构技术的创新与发展”专栏，向读者介绍我国在新型膜材料、新型膜结构应用以及膜结构分析理论方面的最新研究成果，以促进现代膜材料与膜结构技术的提高和升级。
概述
现代织物膜材料力学性能研究进展
张莹莹1,2 张齐琳3 许俊豪1,2 盛玲玉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：织物膜具有质轻、高强、耐候性好、加工运输方便等优点，被广泛应用于公共建筑、应急救援、航空航天、工业和军事等领域。近年来，为准确分析织物膜结构并推动其在不同领域的应用，织物膜的力学性能成为研究热点。为此，利用CiteSpace对20余年来国内外相关文献进行了深入分析，通过可视化知识图谱阐释了织物膜结构研究热点的演变，并系统分析了织物膜测试方法、力学性能、宏微观本构模型等方面的研究进展。
发现，国内早期对膜结构的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应用的深入，相关研究逐渐拓展到材料的本构模型、强度准则、结构风致灾害等方面：1）织物膜的拉伸性能与其微观结构、基布编织工艺、涂覆工艺、纤维类型等多种因素有关，表现出典型的各向异性，其拉伸强度随偏心角的增大呈现“U”型和“W”型两类变化特征。2）双轴剪切试验方法可使试件核心区域剪应力分布均匀，目前广泛应用于膜材料的剪切性能试验。3）膜材料的撕裂强度受试验方法影响显著，现有研究多集中于材料的撕裂性能，初始缺陷对膜结构静动态性能影响的机理有待进一步明确。 4）目前对膜结构连接部位的研究多集中于膜间热封连接试件的面内拉伸性能，忽略了面外载荷作用下连接部位易发生的剥离破坏。5）织物膜的本构模型分为微观机理模型和宏观唯象模型，现有的宏观模型基本实现了对膜的非线性、非弹性、粘弹性等力学特性的描述，微观模型更多侧重于拉伸刚度的预测，缺乏对拉伸强度预测的相关研究。
织物膜的研究已经取得了很大的进步，但仍有一些方面需要进一步研究：1）目前织物膜的分类依据单调，没有考虑到预期用途和特性，需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，但在目前的设计规范中尚未完全体现。3）面内拉伸试验难以反映膜材料热封区域的真实应力状态、力学性能和破坏模式，热封焊接工艺对拼接膜材料性能的影响机理有待研究。4）目前对织物膜及连接件疲劳性能的研究很少，膜的疲劳损伤机理尚未明确。
关键词：织物膜；力学性能；本构模型；CiteSpace
来源：张莹莹, 张其林, 徐俊豪, 盛凌宇. 现代织物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
下载链接
气肋膜结构及其应用
王宁睿张福吴明儿
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体系的充气膜结构，通过将多根气肋连成整体而形成可使用空间，具有自重轻、便携、运输迅速、能耗低、安全可靠等优点。为满足大跨度、强承载力的要求，国内外学者对此进行了广泛的研究，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，首先对气肋膜结构的结构形式进行了综述，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，并总结了性能监测方法和失效性能研究方法。然后对气肋膜结构的工程应用案例进行了总结。该结构形式在展览馆、体育场馆、实验室、充气机库、仓储仓库等实际工程项目中得到了广泛的应用。 在大跨度气肋膜结构建筑中，索笼带式气肋膜结构提供了一种将多根气肋连接成整体的有效方法，带子连接通过增加带子的排列数量，可以提高单根气肋的承载能力以及气肋间的协同工作能力。详细介绍了索笼带式气肋膜结构的结构特点以及BUILDAIR承建的索笼带式气肋膜结构的大机库项目应用。最后对索笼带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。结果表明：在大多数索笼带式气肋膜结构工程案例中，气肋直径与结构跨度的比例约为1/10，但气肋直径的具体选取需根据实际工程情况通过设计分析确定。
关键词：气肋；充气结构；膜结构；索笼绑带式；工程应用
来源：王宁睿,张富,吴明儿.加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
下载链接
研究
新型增强高透光膜材料（STFE）的力学性能及其在膜结构中的应用
张其林1罗小群1袁野1黄勇2
1.同济大学土木工程学院
2.森菲瑞（上海）复合材料有限公司
摘要：增强高透明膜（STFE）是一种新型高透明建筑膜材料，兼具涂层织物膜材料的高拉伸强度和高撕裂强度以及高分子膜材料的高透明度等特点，适用于对透明效果有要求的张拉膜结构。作为新型进口膜材料，要想在国内建筑结构设计中使用，首先要按照国内标准对其力学性能进行检测。依据DG/TJ 08–2019—2019《膜结构检测标准》，对STFE膜材料共进行了拉伸强度及断裂伸长率、撕裂强度、弹性模量及泊松比、剪切模量、蠕变伸长率、连接强度6项力学性能试验。试验结果表明，STFE膜经向拉伸强度为4241 N/(5 cm)，纬向拉伸强度为4335 N/(5 cm)； 经向撕裂强度为809N，纬向撕裂强度为873N；经向弹性模量为1512kN/m，纬向弹性模量为2352kN/m；剪切模量为30.5kN/m；经向蠕变伸长率为0.85%，纬向蠕变伸长率为0.73%；常温下膜间连接强度可达主材料的100%。
为了明确STFE膜材料的应用场景，介绍了该膜材料在国内外一些新建建筑及建筑改造项目中的应用，包括伊斯坦布尔国际机场人行步道、巴黎2024年奥运会大皇宫临时会场、伦敦布伦特十字车站过道雨棚、伦敦皇家骨科医院休息屋面改造、墨尔本Mpavilion景观亭、佛山博爱湖公园景观遮阳亭等。在张拉膜结构中，焊接节点是重要的构件。 参照STFE膜材料技术指南，介绍了该类型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-覆膜织物膜材料连接、膜侧拉索连接、膜转角节点、多层膜夹板连接等。通过对STFE膜材料力学参数的确定以及膜材料在结构中的应用及节点实践的简单介绍，为该类型膜材料在我国的应用和推广提供一定的参考。
关键词：STFE膜材料；张拉膜结构；强度试验；力学性能参数；结构应用；节点方法
来源：张其林,罗小群,袁野,黄勇.新型增强高透光率膜材料（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
下载链接
彩色ETFE薄膜光热性能实验研究
戴久梅1周敬航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：为满足建筑设计的要求，彩色ETFE薄膜已被开发并应用于现代大型公共建筑中，但作为一种新材料，对彩色ETFE薄膜的性能研究相对有限，尤其是ETFE薄膜典型的光、热性能特征研究不够深入。从实际工程应用出发，以成都农博园使用的9片彩色ETFE薄膜和1片无色透明ETFE薄膜为试验对象，测试其透光与热性能。首先采用紫外-可见-近红外分光光度计测量试验薄膜在太阳辐射波段的透过率和反射率。通过对比彩色ETFE薄膜和无色透明ETFE薄膜太阳辐射曲线的趋势及波动情况，分析彩色ETFE薄膜和无色透明ETFE薄膜在太阳波段的透光与热辐射性能的变化，并计算得到试验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试验薄膜的热导率，并计算室温下试验薄膜的热导率和热阻。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薄膜进行对比。结果表明：1）在紫外区，有色ETFE薄膜的透过率和反射率处于较低水平（合计不超过30%），有色ETFE薄膜对紫外线有较强的吸收能力，实际使用中应注意有色ETFE薄膜的老化问题。2）有色ETFE薄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薄膜，热导率略低于无色透明ETFE薄膜，相同厚度下薄膜的太阳辐射吸收系数和热阻均大于无色透明ETFE薄膜。 3）影响有色ETFE膜可见光透过率和太阳辐射系数的主要因素是膜颜色的深浅，膜颜色越浅，其可见光透过率越大，太阳辐射透过系数越大，吸收系数越小。随着膜颜色的加深，膜对太阳光的吸收能力逐渐增大，透过系数和反射系数相对较低。4）影响有色ETFE膜热阻的主要因素是膜厚度，相同厚度下，有色ETFE膜比无色透明ETFE膜热阻高7%~14%。研究结果表明，采用有色ETFE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，在一定程度上阻断热的传导，减轻夏季室内光照过多、过热的问题。
关键词：彩色ETFE薄膜；透光性能；热性能
来源：戴久梅, 周敬航, 胡建辉, 赵兵, 陈武军, 任思杰. 彩色ETFE薄膜光热性能试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(2): 43-49。
DOI: 10.3724/j.gjgS23051801
下载链接
矩形平面充气膜结构平均风荷载及风响应特性研究
吴越 1,2 张诗炜 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.中国建筑第一工程局集团第三建设有限公司
摘要：气撑式膜结构是典型的风敏型结构，在风荷载作用下，膜面会产生较大的变形，抗风问题是制约膜结构发展的重要因素。为研究矩形平面气撑式膜结构风荷载特性，设计制作了6种不同的刚性模型，分别采用楔块、粗糙单元、锯齿状挡板模拟A、B、C三类地貌。在大气边界层风洞中对矩形平面气撑式膜结构刚性模型进行压力试验，分析风向、跨度比、长宽比、地面粗糙度等因素对结构表面平均风压分布的影响，计算了结构在不同风向下的风系数。基于风洞试验获得的风荷载数据，在有限元软件ABAQUS中对原型尺寸的矩形平面气撑式膜结构进行风振响应分析。 膜表面采用 M3D4R 单元建模，电缆采用 M3D4R 单元建模。
采用T3D2单元建模，研究不同风向下结构平均风响应特性，总结风荷载作用下膜面的位移和应力分布情况，确定位移极值和应力极值所在位置。最后，提出了适用于矩形平面充气膜结构的风荷载体形系数分区方案，并给出了不同分区的推荐值。研究表明：矩形平面充气膜结构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；长宽比越小2024年钢结构公司排名，上吸力区风压越小；随着跨度比的增大，迎风区正风压系数增大，上吸力区负风压减小；风向角为0°时，矩形平面充气膜结构风力系数最大； 在0°和45°风向时，矩形平面充气膜结构的迎风面和顶部变形较大，风向角为90°时，迎风面变形较大，顶部变形较小；在0°和90°风向时，结构两侧与中间连接处的凸起部分应力较大，风向角为45°时，迎风面拐角处出现明显褶皱，并伴有应力集中；在0°风向角时，位移和应力均最大，风向角为90°时，位移和应力均最小； 建议矩形平面充气式膜结构在0°和90°风向时的风荷载体形系数采用5区形式，在风向角为45°时，矩形平面充气式膜结构风荷载体形系数采用5区形式，在风向角为45°时，矩形平面充气式膜结构风荷载体形系数采用5区形式2024年钢结构公司排名，在风向角为50……风向时采用7个区域；风向角为0°和90°时结构区域风荷载体形系数受矢跨比影响较大，风向角为45°时结构区域风荷载体形系数受长宽比影响较大。
关键词：气承式膜结构；风洞试验；非线性有限元分析；平均风响应；分区风荷载形状系数
来源：吴越,张世伟,赵俊斌.矩形平面充气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》
同根树
浙江大学高性能结构研究所
摘要：论述了抗震设计的反身性和决定构件抗震性能的三个方面，并根据GB 50017-2017《钢结构设计标准》第17章规定，提出了钢结构建筑的抗震设计方法。对结构性能系数给出了短周期调整、多自由度放大、二阶效应放大和阻尼调整系数。介绍了延性发展机理的控制及其与机理控制的等效方法，对高层多自由度结构底部加固区地震作用的调整给出了新的解释。最后，采用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；能力设计方法；延性
来源：童根树. 按照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：轻型门式刚架结构地震效应计算时是否需要考虑扭转耦合效应？
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，计算各抗侧力构件水平地震效应时，应考虑扭转效应的影响。请问轻型门式刚架结构在计算地震效应时，是否需要考虑扭转耦合效应？
全文链接
1.
2.
3.
杂志2024年第2期现已在微店上架，欢迎预订！
