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膜結構建筑的設計步驟

來源: 奧克金鼎 人氣:1141 發表時間:2020/11/20 14:50:31

  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,技術上必須經過如下4個步驟:


  1、建筑方案設計

  一般同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,并基本確定各控制點的坐標。綜合考慮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。


  2、找形分析

  對于膜結構而言,在沒有施加預應力之前,是沒有結構剛度的,也就是說膜結構任何時候不存在無應力狀態。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,這個過程叫找形分析。此過程與方案設計過程往往密不可分,需反復調整方可既滿足建筑形狀的要求又保證結構的經濟合理及安全可靠。


  3、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,因此精確計算結構的變形和應力分布要用幾何非線性方法進行。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最不利情況,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,經濟安全的索建筑必須經過仔細地內力分析后才能完成,不是憑經驗拍在腦袋就能確定的了的,是不能用搭帳篷的的傳統思想不設計膜結構的。


  荷載分析的另一個目的是檢驗確定索、膜中初始預張應力,一般不說在找形分析時先根據經驗假定一預應力值一預應力值及分布,然后經荷載分析來判斷其合理性,即預應力的大小與分布應使在最不利工況下必須滿足使用要求、整體和局部位移要求及排水功能等要求。


  4、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位置及其分布,然后按照一定的方法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經緯向一致,才能保證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,國內外的學者已進行了較為深入的研究,提出了諸如幾何法、最小二乘法、動態規劃法與平面熱應力原理相結合的有限元法等方法,但在實際工程中還必須考慮以下幾點。


  1)必須保證索邊界的工作點不變,對于其他硬性邊界,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。


  2)確定膜的經緯及膜片之間現場拼接縫的位置。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場拼接縫處理容易漏雨,所以一般在脊處作為現場縫比較合適。


  3)膜材與硬邊界的連接點處,應考慮特殊的補償值,以使安裝。


  4)膜的剪裁要充分利用膜材料的幅寬,即考慮了熱合搭接長度、預應力伸縮縫補償、邊界做法等因素后,裁出的膜片要盡量接近膜材的幅寬,以提高膜材的利用率。

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