一种双层压差气承式膜结构的制作方法

本发明涉及气膜建筑领域，尤其涉及一种双层压差气承式膜结构。

背景技术：

膜结构是由高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度、能承受一定外载荷的曲面空间结构。膜结构分为骨架式膜结构、张拉膜结构和充气式膜结构。充气式膜结构又分为气肋式膜结构和气承式膜结构。气承式膜结构是以膜材做外壳固定于基础结构上，仅依靠供风系统维持膜内一定压强成形，并且有一定的刚度以抵御外力。现有的气承式膜结构一般采用双层填充和单层两种结构，双层填充填充膜结构，在加工时两层之间必须间隔连接形成一定的填充空间，加工工艺比较复杂，而且填充物必须在膜结构安装充气成型后才能安装，安装工艺也比较复杂且需要高空作业设施与防护措施。而且由于隔热层的隔热作用与不透光性能，制冷时膜内热空气热空气不能有效排出，仅靠制冷风机循环制冷能耗比较大，供暖时也不能有效利用阳光照射产生的热量，能耗也比较大，并阻断膜材本身透光性能。因填充式双层膜结构两层之间没有缓冲空间，且一体连接，加之双层内部填充物，膜材表面附属物等，致使膜材单位面积质量较大，在外部脉动风作用较大的情况下，膜结构会产生明显的气动弹性效应（由于膜结构在风荷载下的振动幅度比较大，结构运动将影响周围风场从而改变作用于结构的风载荷，存在风与结构的相互作用，即气动弹性效应），这种现象对膜材损害较大，从而大大降低了膜结构的使用寿命。若外膜安装钢索网，又增加了膜结构成本，且索膜结构必须一定范围内恒压，否则在膜内气压变化较大的情况下，膜材与钢索产生磨损而损失膜材。双层膜材填充结构，填充物阻热良好的岩棉类对人体伤害较大，且填充物在膜材气压变化、受外压变形、充气、排气的过程中，保温层易位移堆积，分布不均，维修不便。双层膜连接结构由于体积限制，必须采用多节断开，现场锁紧的工艺安装连接工艺。单层膜结构无法实现有效的制冷和供暖，不适合人在里面长时间停留。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的问题，提供一种双层压差气承式膜结构，通过压强差实现双层膜结构的稳定，且安装方便、安全性高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种双层压差气承式膜结构，它包括呈拱形设置在底面上的内膜和外膜，外膜设置在内膜的外层，且外膜与内膜之间设置有间距，外膜和内膜的底部侧边均与底面密封连接，所述内膜和外膜形成双层膜结构；内膜与底面之间形成密闭的内膜空腔，外膜、内膜和底面之间形成密闭的双层膜夹层空腔；内膜空腔和双层膜夹层空腔之间设置有连通装置，连通装置包括开设在内膜顶部的内膜通风孔和设置在双层膜夹层空腔内部的夹层通风管，夹层通风管的进风端与内膜通风孔连接，夹层通风管的出风端设置在双层膜夹层空腔的底部；内膜空腔由设置在外膜外部的风机向其供风；

内膜空腔部气体对内膜的压强为内膜压强，双层膜夹层空腔部气体对外膜的压强为外膜压强，内膜压强大于外膜压强，且外膜压强大于外膜外部的大气压强。

所述双层膜夹层空腔的底部设置有至少一个夹层出风口，夹层出风口处连接设置有夹层出风管，夹层出风管上设置有出风阀门。

所述双层膜结构的底部设置有出入口，出入口处配设有出入门洞，出入门洞分别与出入口处的外膜和内膜密封连接，且出入门洞上设置有可开合的门体，门体与出入门洞密封连接；

所述夹层出风口设置在出入门洞上与双层膜夹层空腔对应的位置处，该夹层出风口连接的夹层出风管为弯管，弯管的一端深入至双层膜夹层空腔内部，弯管的另一端穿过出入门洞并位于所述双层膜结构的外部。

所述夹层通风管出风端的出口方向指向远离夹层出风口的一侧。

所述所述双层膜结构的底部设置有应急口，应急口处配设有应急门，应急门与应急口处的外膜和内膜之间均设置有缓冲装置，缓冲装置包括设置在应急门与外膜之间、应急门与内膜之间的柔性缓冲带，柔性缓冲带的内侧与应急门密封连接，柔性缓冲带的外侧与对应的内膜或外膜密封连接，柔性缓冲带向外凸出形成曲面鼓包。

所述应急口处的外膜和内膜上均连接设置有与应急口形状相配合的加强带，加强带与底面通过锚固绳连接。

所述夹层通风管上设置有通风阀门，通风阀门为电动阀。

所述连通装置设置有多个，多个连通装置间隔排布。

所述内膜和外膜的底部侧边与地面的对接部均为矩形，矩形短边所在的两端分别称之为前端和后端；多个连通装置沿前后方向排列设置，且相邻连通装置的夹层通风管分别位于双层膜夹层空腔的左部和右部。

所述夹层通风管的进风端与内膜通风孔连接的设置方式如下：所述内膜上位于内膜通风孔处设置有第一法兰盘，所述夹层通风管的进风端处设置有第二法兰盘，第一法兰盘和第二法兰盘对接并通过螺栓紧固。

本发明的有益效果是：

本发明的内膜和外膜之间没有连接，内膜和外膜之间有一定的间距，形成双层膜夹层空腔，供气成型后控制内膜和外膜间的压强差，保持双层膜结构的内膜、外膜成型，内膜空腔与双层膜夹层空腔之间通过连通装置及通风阀门连接，双层膜夹层空腔与外部空间通过夹层出风管与出风阀门连接，内膜通风孔设在内膜顶部，有利于湿热空气排出。风机通过送风管道将新风直接送入内膜空腔，内膜空腔内的气体通过夹层通风管及通风阀门调节进入双层膜夹层空腔来稳定压差，双层膜夹层空腔自然漏气或通过夹层出风管及出风阀门调节排气来稳定整体结构各部位压强。在实际应用中，膜材与底面的连接处、膜材与出入门洞的连接处无法做到完全密封，膜材的自然漏气位置表现为膜材与底面连接位置、膜材与出入门洞的连接位置。膜材本身采用热风焊接工艺，不漏气。

本发明中外膜和内膜的底部侧边均与底面密封连接，加强了结构密封性能，达到降低送风能耗的效果。

应急门与应急口处的外膜和内膜之间均设置有缓冲装置，缓冲装置包括设置在应急门与外膜之间、应急门与内膜之间的柔性缓冲带，柔性缓冲带的内侧与应急门密封连接，柔性缓冲带的外侧与对应的内膜或外膜密封连接，柔性缓冲带向外凸出形成曲面鼓包，上述缓冲装置设置后，在膜材大幅摆动过程中，曲面鼓包被牵拉至近似直面，而膜材仍处于自然受力状态且无应力集中，且实现了在膜结构大幅摆动状态下，避免了应急门处膜材应力集中。

所述应急口处的外膜和内膜上均连接设置有与应急口形状相配合的加强带，加强带与底面通过锚固绳连接，该结构将门口边缘膜材应力集中转嫁到了锚固绳之上，利用了锚固绳强度来保证门洞强度。

本发明在正常维系运行膜型下，根据风机向内膜空腔的送风量、连通装置向双层膜夹层空腔的送风量与双层膜夹层空腔的漏气量设定可以使双层膜结构处于稳定压差。由于通风阀门及出风阀门的设置，本发明可以控制通风阀门及出风阀门的开合调节来维持内膜、内膜外膜之间空气夹层与大气压之间稳定的压强差，来达到建筑结构稳定的目的。

内膜压强大于外膜压强，且外膜压强大于外膜外部的大气压强，由于内外膜压强相互抵消，内膜受实际受供风气压而产生内膜膜面张力相对于内膜膜材受力选型几乎可以忽略，内膜基本处于悬浮状态，而外膜所受供风压力也会小于最大送风压强而产生的膜面张力。内膜膜材选型满足气承式充气过程应力需要的安全系数即可，外膜选用加强型膜材即可。

本发明利用内膜外膜之间的空气隔热、保温、隔音。冬季供暖时利用夹层中吸收太阳能的热空气循环至内膜，提高供暖效率并达到节能的目的；夏季制冷时，因热空气密度小，集聚在内膜顶部，顶部热空气通过通风阀门排到夹层，再有出风阀门排到外面，从而达到快速制冷的目的。

本发明的技术方案解决了现有膜结构制作工艺复杂、膜材安装程序较多的问题，不但提高的安装效率而且降低了安装成本与安装难度。本发明利用空气的不良导热性能，不需要在双层之间安装保温层，不但减少了安装工序，保持了膜材本身的透光性。内部可采用全透光膜材，外膜可采用全透光、不透光或局部透光等膜材，有效利用阳光照明，降低能耗。双膜夹层亦可安装控制透光带的窗帘，来控制室内光线达到阻热目的。

本发明的双层膜结构的内膜与外膜之间无热合连接结构，无保温层，减少了膜面单位面积的克重，减小膜材因为摆动的动能，减小了整体结构振动过程中传导到膜材底部连接处的膜材受力。

本发明的内膜和外膜为相互独立的结构，双层膜夹层空腔使内膜与外膜有了良好缓冲空间，因外力膜材摆动双膜之间具备缓冲吸能作用。

本发明因为双层结构缓冲吸能与单位面积克重小的特性，区域无飓风、特大风力地区外膜无需安装拉索网，不但降低的安装成本而且减少的安装工序。

本发明增加了膜结构的安全性，若外膜损坏仍有内膜成型支持整体结构，而内膜基本不受力，非人为作用没有损坏的可能性。本发明双层结构设计是一款双保险建筑结构形式。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明沿其短边中心线的截面图；

图3是本发明沿其长边中心线的截面图；

图4是图1中缓冲装置的立体结构示意图；

图5是图1中缓冲装置的主视图；

图6是图1中缓冲装置的左视图；

图7是图1中夹层通风管进风端部位的仰视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，图2和图3中的箭头表示气流走向。

如图1至图7所示，本发明的一种双层压差气承式膜结构，它包括呈拱形设置在底面上的内膜9和外膜10，外膜10设置在内膜9的外层，且外膜10与内膜9之间设置有间距，外膜10和内膜9的底部侧边均通过设置在底面上的锚固基建4与底面密封连接，所述内膜9和外膜形10成双层膜结构。内膜9与底面之间形成密闭的内膜空腔17，外膜10、内膜9和底面之间形成密闭的双层膜夹层空腔18。

内膜空腔17和双层膜夹层空腔18之间设置有连通装置，连通装置包括开设在内膜顶部的内膜通风孔6和设置在双层膜夹层空腔内部的夹层通风管7，夹层通风管7的进风端与内膜通风孔6连接，夹层通风管7的出风端设置在双层膜夹层空腔18的底部，夹层通风管7的出风端处上设置有通风阀门8，通风阀门8为电动阀。内膜通风孔6设在内膜9顶部，有利于湿热空气排出。

内膜空腔17由设置在外膜10外部的风机3向其供风；内膜空腔17部气体对内膜9的压强为内膜压强，双层膜夹层空腔18部气体对外膜10的压强为外膜压强，内膜压强大于外膜压强，且外膜压强大于外膜外部的大气压强。

所述双层膜夹层空腔18的底部设置有至少一个夹层出风口16，夹层出风口16处连接设置有夹层出风管15，夹层出风管15上设置有出风阀门14，出风阀门14为电动阀。根据风量及实际需要，夹层出风口16及配设的夹层出风管15和出风阀门14可以设计在双层膜夹层空腔18底部的任何一个位置。夹层通风管7出风端的出口方向指向远离夹层出风口16的一侧。

风机3通过送风管道将新风直接送入内膜空腔17，内膜空腔17内的气体通过夹层通风管7及通风阀门8调节进入双层膜夹层空腔18来稳定压差，双层膜夹层空腔18自然漏气或通过夹层出风管15及出风阀门14调节排气来稳定整体结构各部位压强。在实际应用中，膜材与底面的连接处、膜材与下述出入门洞11的连接处无法做到完全密封，膜材的自然漏气位置表现为膜材与底面连接位置、膜材与下述出入门洞11的连接位置。膜材本身采用热风焊接工艺，不漏气。

本发明在正常维系运行膜型下，根据风机3向内膜空腔17的送风量、连通装置向双层膜夹层空腔18的送风量与双层膜夹层空腔18的漏气量设定可以使双层膜结构处于稳定压差。由于通风阀门8及出风阀门14的设置，本发明可以控制通风阀门8及出风阀门14的开合调节来维持内膜9、内膜9与外膜10之间空气夹层与大气压之间稳定的压强差，来达到建筑结构稳定的目的。

所述双层膜结构的底部设置有出入口，出入口处配设有出入门洞11，出入门洞11分别与出入口处的外膜10和内膜9密封连接，且出入门洞11上设置有可开合的门体20，门体20与出入门洞11密封连接。本实施例中所述夹层出风口16设置在出入门洞11上与双层膜夹层空腔18对应的位置处，该夹层出风口16连接的夹层出风管15为弯管，弯管的一端深入至双层膜夹层空腔18内部，弯管的另一端穿过出入门洞11并位于所述双层膜结构的外部。

所述所述双层膜结构的底部设置有应急口，应急口处配设有应急门5，应急门5与应急口处的外膜10和内膜9之间均设置有缓冲装置，缓冲装置包括设置在应急门5与外膜10之间、应急门2与内膜9之间的柔性缓冲带51，柔性缓冲带51的内侧与应急门5密封连接，柔性缓冲带51的外侧与对应的内膜9或外膜10密封连接，柔性缓冲带51向外凸出形成曲面鼓包。上述缓冲装置设置后，在膜材大幅摆动过程中，曲面鼓包被牵拉至近似直面，而膜材仍处于自然受力状态且无应力集中，且实现了在膜结构大幅摆动状态下，避免了应急门5处膜材应力集中。

所述应急口处的外膜10和内膜9上均连接设置有与应急口形状相配合的加强带52，加强带52与底面上的锚固基建4通过锚固绳53连接。该结构将门口边缘膜材应力集中转嫁到了锚固绳53之上，利用了锚固绳53强度来保证门洞强度。

本实施例中，所述内膜9和外膜10的底部侧边与地面的对接部均为矩形，矩形短边所在的两端分别称之为前端和后端；六个连通装置沿前后方向间隔排列设置，且相邻连通装置的夹层通风管7分别位于双层膜夹层空腔18的左部和右部。

本实施例中，所述夹层通风管7的进风端与内膜通风孔6连接的设置方式如下：内膜9上位于内膜通风孔6处设置有第一法兰盘，第一法兰盘在附图中未标示，所述夹层通风管7的进风端处设置有第二法兰盘71，第一法兰盘和第二法兰盘71对接并通过螺栓紧固。

本实施例中还配设了用于控制风机3、通风阀门8和出风阀门14的控制柜，风机3连接有备用发电机2，底面上的锚固基建4处设置有风速传感与避雷装置1，控制柜、备用发电机2与风速传感与避雷装置1为现有成熟技术。

本发明中保持内膜压强大于外膜压强，且外膜压强大于外膜外部的大气压强，由于内外膜压强相互抵消，内膜9受实际受供风气压而产生内膜膜面张力相对于内膜膜材受力选型几乎可以忽略，内膜9基本处于悬浮状态，而外膜10所受供风压力也会小于最大送风压强而产生的膜面张力。内膜9膜材选型满足气承式充气过程应力需要的安全系数即可，外膜10选用加强型膜材即可。

本发明利用内膜9与外膜10之间的空气隔热、保温、隔音。冬季供暖时利用夹层（双层膜夹层空腔18）中吸收太阳能的热空气循环至内膜空腔17，提高供暖效率并达到节能的目的；夏季制冷时，因热空气密度小，集聚在内膜空腔17顶部，顶部热空气通过通风阀门8排到夹层，再有出风阀门14排到外面，从而达到快速制冷的目的。

本发明的技术方案解决了现有膜结构制作工艺复杂、膜材安装程序较多的问题，不但提高的安装效率而且降低了安装成本与安装难度。本发明利用空气的不良导热性能，不需要在双层之间安装保温层，不但减少了安装工序，保持了膜材本身的透光性。内部可采用全透光膜材，外膜可采用全透光、不透光或局部透光等膜材，有效利用阳光照明，降低能耗。双膜夹层亦可安装控制透光带的窗帘，来控制室内光线达到阻热目的。

本发明的双层膜结构的内膜与外膜之间无热合连接结构，无保温层，减少了膜面单位面积的克重，减小膜材因为摆动的动能，减小了整体结构振动过程中传导到膜材底部连接处的膜材受力。

本发明的内膜9和外膜10为相互独立的结构，双层膜夹层空腔18使内膜9与外膜10有了良好缓冲空间，因外力膜材摆动双膜之间具备缓冲吸能作用。

本发明因为双层结构缓冲吸能与单位面积克重小的特性，区域无飓风、特大风力地区外膜无需安装拉索网，不但降低的安装成本而且减少的安装工序。

本发明增加了膜结构的安全性，若外膜损坏仍有内膜成型支持整体结构，而内膜基本不受力，非人为作用没有损坏的可能性。本发明双层结构设计是一款双保险建筑结构形式。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。