一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构

本发明涉及建筑结构，具体为一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构。

背景技术：

1、地下人防工事目前正逐步向低成本、架设迅速、节能环保的方向发展，而传统的钢筋混凝土拱形结构已经逐渐不能满足上述需求。而气肋式膜结构，拥有轻量便携、架设撤收迅速，单位面积造价相对较低等特点，能够较好适配地下人防工事的发展需求。

2、目前已有的气肋式膜结构虽然在地面上得到了良好的应用，但是皆无法应用于地下环境，主要在于其拥有以下几个问题：

3、多为整体充气式结构，当在地下发生破裂时会瞬间失去承载力迅速坍塌，无法留给使用者充分的逃生时间；

4、若为独立气肋结构，相邻气肋之间多数连接不够紧密，无法抵御地下环境中外部土壤在缝隙堆积带来的袋状效应，易在连接处凹陷坍塌；

5、多为低压气肋帐篷，其提供的承载力无法抵抗地下来自四面的土压力；

6、部分气肋帐篷在后续使用过程中需要气泵持续充气，当应用于地下人防工事时，使用以及后期维护成本较高。

7、针对上述问题，非常有必要发明一种能够应用于地下环境、便于携带、拼装、维护，同时具有足够承载能力的气肋式膜结构。

技术实现思路

1、本发明提出的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构。该结构采用高强度tpu材料制成高压独立气肋模块，并且为了避免地下环境中土壤竖向压力、侧向土压力可能带来的荷载，利用索绳的预应力设计连接单元使气肋模块之间没有缝隙的紧密连接，有效解决了上述技术中存在问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，该应用于地下环境的高压气肋式膜结构由多个气肋模块组成，相邻所述气肋模块之间通过连接单元紧密连接，每三个所述气肋模块中包含若干拱形气肋单元，且各拱形气肋单元相互独立；拱形气肋单元每间隔两根在底端设置一根地脚横撑，地脚横撑通过可拆方式与拱形气肋单元内侧通过魔术贴连接，所述高压充气阀热合在拱形气肋单元底部外侧。各气肋模块按需连接后形成气肋入口模块、气肋支撑模块和气肋封闭模块。

3、优选的，上述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构中，所述拱形气肋单元采用强涤纶编织-tpu复合材料，其几何形状由上部标准半圆弧段、下部直线形竖直段组成，底部内侧热合有魔术贴，两侧热合有拉环，所述拱形气肋单元内的气压大于0.25mpa，相邻所述拱形气肋单元之间通过连接单元紧密固定。所述高强涤纶编织-tpu复合材料由外部高强涤纶编织层与内部tpu层通过高温高压热合而成。

4、基于上述技术特征，结构整体能够更好承受地下环境中土壤所施加的荷载。

5、优选的，上述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构中，所述连接单元包括拉环、索绳、约束卡口，所述拉环热合在拱形气肋单元两侧，且拉环在每侧各有上下两排，所述索绳交叉穿过拉环固定在约束卡口上，所述约束卡口卡在底部拉环下侧。

6、基于上述技术特征，拱形气肋单元之间连接紧密且不具缝隙，能够更好的避免结构上方土壤带来的袋状效应。

7、优选的，上述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构中，所述气肋入口模块由拱形气肋单元以纵截面相切的方式紧密排布组成，全部所述拱形气肋单元上部半圆形的圆心位于同一水平线上。

8、基于上述技术特征，结构能够在承担土壤竖向荷载的同时，方便使用人员进出。

9、优选的，上述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构中，所述气肋支撑模块由尺寸相同的数个拱形气肋单元紧密联排组成。

10、优选的，上述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构中，所述气肋封闭模块由拱形气肋单元与封口篷布组成，所述拱形气肋单元以纵截面相切的方式紧密排布组成，全部所述拱形气肋单元上部半圆形的圆心位于同一水平线上，所述封口篷布固定在最外侧的拱形气肋单元侧面。

11、基于上述技术特征，能够提升结构对尾部外侧的侧向土压力的承载力。

12、优选的，上述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构中，所述地脚横撑采用强涤纶编织-tpu复合材料，其可拆地设置在在拱形气肋单元底部，并通过热合在两端的魔术贴与拱形气肋单元连接。

13、有益效果

14、基于上述技术特征，能够提升结构对侧向土压力的承载力。

15、本发明的有益效果是：

16、相比传统钢筋混凝土的地下人防设施，本发明建设成本低，质量轻，装卸灵活，在军事活动中便于小组行动。相比传统的气肋结构，本发明采用独立气肋单元，当结构由于意外有某根气肋发生破坏时，其他气肋能够继续承担荷载，提升了结构整体在地下环境应用中的安全冗余度。不同于地面气肋结构的高内压，在保证结构整体柔韧性的同时提升了结构刚度，能够更好的承担地下这种特殊环境中四周土壤带来的侧向土压力。能够快速便捷的将相邻独立气肋单元相互紧密连接的连接单元设计，有效解决结构上方土壤带来的袋状效应，提升结构整体承载力。同时，整体无底座、固定拉索而采用地脚横撑的设计减少了结构自重以及拼装工程量，发明整体可由三人轻松携带并实现快速搭建。

技术特征：

1.一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，其特征在于：该应用于地下环境的高压气肋式膜结构由多个气肋模块组成，相邻所述气肋模块之间通过连接单元(4)紧密连接，每三个所述气肋模块中包含若干拱形气肋单元(7)，且各拱形气肋单元(7)相互独立；拱形气肋单元(7)每间隔两根在底端设置一根地脚横撑(5)，地脚横撑(5)通过可拆方式与拱形气肋单元(7)内侧通过魔术贴(71)连接，所述高压充气阀(6)热合在拱形气肋单元(7)底部外侧；各气肋模块按需连接后形成气肋入口模块(1)、气肋支撑模块(2)和气肋封闭模块(3)。

2.根据权利要求1所述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，其特征在于，所述拱形气肋单元(7)采用强涤纶编织-tpu复合材料制成，其几何形状由上部标准半圆弧段、下部直线形竖直段组成，底部内侧热合有魔术贴(71)，两侧热合有拉环(41)，所述拱形气肋单元(7)所能承受的内部气压大于0.25mpa，相邻所述拱形气肋单元(7)之间通过连接单元(4)紧密固定；所述高强涤纶编织-tpu复合材料由外部高强涤纶编织层与内部tpu层通过高温高压热合而成。

3.根据权利要求1所述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，其特征在于，所述连接单元(4)包括拉环(41)、索绳(42)、约束卡口(43)，所述拉环(41)热合在拱形气肋单元(7)两侧，且拉环(41)在内外两侧分别布置上下两排，所述索绳(42)交叉穿过拉环(41)，固定在约束卡口(43)上，所述约束卡口(43)卡在底部拉环下侧。

4.根据权利要求1所述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，其特征在于，所述气肋入口模块(1)由拱形气肋单元(7)以纵截面相切的方式排布组成，全部所述拱形气肋单元(7)上部半圆形的圆心位于同一水平线上。

5.根据权利要求1所述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，其特征在于，所述气肋支撑模块(1)由尺寸相同的数个拱形气肋单元(7)紧密联排组成。

6.根据权利要求1所述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，其特征在于，所述气肋封闭模块(3)由拱形气肋单元(7)与封口篷布(31)组成，所述拱形气肋单元(7)以纵截面相切的方式紧密排布组成，全部所述拱形气肋单元(7)上部半圆形的圆心位于同一水平线上，所述封口篷布(31)固定在最外侧的拱形气肋单元(7)侧面。

7.根据权利要求1所述的一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构；其特征在于，所述地脚横撑(5)采用强涤纶编织-tpu复合材料制成，其可拆的设置在拱形气肋单元(7)底部，并通过热合在两端的魔术贴(51)与拱形气肋单元(7)连接。

技术总结
本发明公开了一种应用于地下环境的高压气肋式膜结构，包括气肋入口模块、气肋支撑模块、气肋封闭模块、连接单元、地脚横撑、高压充气阀，相邻气肋模块之间通过连接单元紧密连接，各气肋模块中包含若干拱形气肋单元，且各拱形气肋单元相互独立，其几何形状由上部标准半圆弧、下部直线形竖直段，拱形气肋单元每间隔两根在底端设置一根地脚横撑，地脚横撑可拆的与拱形气肋单元内侧通过魔术贴连接，高压充气阀热合在拱形气肋单元底部外侧。该结构由多模块组成同时模块中各受力单元独立，保证结构具有足够的承载能力以满足其地下环境使用要求。该发明整体结构制造成本低、结构自重轻、拼装拆卸灵活、架撤收迅速。

技术研发人员：薛素铎,刘晓睿,赵润生,李雄彦
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4