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                  膜結構設計流程

                  2020-03-17

                  膜結構的設計由于其自身的特點不同于一般傳統結構形式,要經過如下四個步驟。

                  一、建筑方案設計

                  一般由建筑師根據業主的意圖、功能要求、環境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空體量等,基本確定各控制點的坐標??紤]經濟和施工工藝等技術條件,與膜結構工程師、業主及施工技術人員等一起確定經濟合理的初步設計方案。

                  二、找形分析

                  對于索膜結構而言,在沒有施加預應力之前,是沒有結構剛度的,也就是說膜結構不存在無應力狀態。由于膜材料本身沒有抗彎剛度,其曲面形狀與預應力值的大小和分布是一一對應的,因此在控制點坐標確定后,給定一合理的預應力值及其分布,才能確定合適的膜曲面形狀。預應力值的大小與分布是需根據多方面的條件進行反復調整后綜合確定的,這個過程叫做找形分析。

                  三、荷載分析

                  膜結構的控制荷載通常是風載和雪載。在荷載作用下膜結構的變形較大,因此計算結構的變形和應力分布要用幾何非線性的方法進行。根據不同工況下計算出的索、膜、梁、桿等結構構件中的內力分布的不利情況,來選定索、膜等材料的型號及尺寸,確定詳細的節點做法及構造措施等。因此,經濟的索膜建筑要經過仔細的內力分析后才能完成,不是憑經驗拍腦袋就能確定得了的。

                  荷載分析的另一目的是檢驗確定索、膜中初始預應力,一般來說在找形分析時先根據經驗假定一預應力值及其分布,然后經荷載分析來判定其合理性,即預應力的大小與分布應使在不利工況下要滿足使用要求、整體和局部位移要求及排水功能等要求。

                  膜結構工程

                  四、剪裁分析

                  剪裁分析就是在預應力狀態下的曲面形體上尋求合理的裁剪線位置及其分布,然后按照一定的方法將三維曲面展開為二維平面。為物盡其用,一般要按照膜材料幅寬進行裁剪,但要兼顧到膜曲面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質,故裁剪線的布置要與計算時所設定的膜材經緯向一致,才能讓計算結果與實際相符。

                  膜材料的裁剪下料通常是在無應力狀態下進行的,如何在預應力的形體上進行無應力狀態下的裁剪分析,學者進行了研究,提出了諸如幾何法、小二乘法、動態規劃法與平面熱應力原理相結合的有限單元法等多種方法,但在實際工程中還要考慮以下幾點:

                  1、確定膜的經緯向布置及膜片之間現場拼接縫位置,膜的經緯向布置會影響觀瞻、膜材的利用率、制作的工作量等,還須與計算模型相吻合?,F場拼接縫處理不當容易漏雨,所以一般在脊處作為現場拼接縫比較合適。

                  2、膜材與硬邊界的連接點處,應考慮特殊的補償值,以便于安裝。

                  3、要讓索邊界的工作點不變,對于其它硬性邊界,由于構件本身存在一定的空間尺度,可根據實際情況改變膜的工作點或保持膜的工作點不變,變換連接構件的做法,但一般說來后者較困難一些。另外,邊角處膜的剪裁應嚴格按照實際結構構造做法尺寸進行裁剪。

                  4、膜的剪裁要利用膜材料的幅寬,即考慮了熱合搭接長度、預應力伸縮補償、邊界做法等因素后,裁出的膜片要盡量接近膜材的幅寬。

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