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膜結構張拉膜該如何設計?

發布時間:2020-12-07
膜結構張拉膜該如何設計?

膜結構張拉膜是一種建筑與結構細致結合的結構體系;它是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成具有一定剛度的穩定曲面,能承受一定外荷載的空間結構形式;這種結構形式特別適用于大型體育場館、人口廊道、小品、公眾休閑娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域。


膜結構按其結構形式可分為鋼結構、張拉結構及充氣結構;按膜材特性又可分為永久性膜結構(膜材使用年限可超過25年)、半永久性膜結構(膜材使用年限為10-15年)及臨時性膜結構(膜材使用年限為3-5年);按膜材成分又可分為PVDF膜材、PTFE膜材及ETFE膜材。


膜結構的設計主要包括體形設計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設計確定膜結構平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量,確定各控制點的坐標、結構形式,選用膜材和施工方案。


初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度,抗剪強主芤很差,因此其剛度和穩定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預應力來提高,對膜結構而言,任何時候不存在無應力狀態,因此膜曲面形狀終必須滿足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學平衡,并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。


膜結構找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結構考慮的荷載一般是風載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大,且隨著形狀的改變,荷載分布也在改變,因此要準確計算結構的變形和應力要用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預應力。在外荷載作用下膜中一個方向應力增加而另一個方向應力減少,這就要求施加初始張應力的程度要滿足在不利荷載作用下應力不致減少到零,即不出現皺褶。


因為膜材料比較輕柔,自振頻率很低,在風荷載作用下極易產生風振,導致膜材料破壞,如果初始預應力施加過高,膜材涂變加大,易老化且強度儲備少,對受力構件強度要求也高,增加施工安裝難度。


因此初始預應力的確定要通過荷載計算來確定。經過找形分析而形成的摸結構通常為三維不可展空間曲面,如何通過二維材料的裁剪,張拉形成所需要的三維空間曲面,是整個膜結構工程中關鍵的一個問題,這正是裁剪分析的主要內容。


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