【停車棚廠家】膜結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的討論

1 膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展情況。
1.1膜結(jié)構(gòu)是在上世紀(jì)中葉發(fā)展超來(lái)的一種新型材料、大跨度空間的結(jié)構(gòu)形式。
　　 膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基本完善于20世紀(jì)80年代和90年代的后期。膜結(jié)構(gòu)的代表作有1988年日本建成的東京后樂(lè)園穹頂，它采用了充氣膜結(jié)構(gòu)，平臺(tái)長(zhǎng)180m的圓角正方形，最大對(duì)角線201，覆蓋面積4675５m2，采用了雙層聚四氟乙烯涂層玻璃纖維膜材。1990年建成的美國(guó)圣地亞哥會(huì)議中心，其展廳膜結(jié)構(gòu)由5個(gè)單體組成，每個(gè)單體由兩根“飛柱”頂起，形成傘狀，整個(gè)平面為91.5mX91.5m方正形。在我國(guó)上海1997年興建的萬(wàn)人體育場(chǎng)，屋蓋平面輪廓尺寸274mX288m，最大懸挑73.5m，覆蓋面積26000m2，開(kāi)創(chuàng)我國(guó)大跨膜結(jié)構(gòu)的歷史先河。經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展我國(guó)的膜結(jié)構(gòu)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，大約以每年20%的速度增長(zhǎng)，膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域和使用年限逐漸地由臨時(shí)性膜結(jié)構(gòu)、半永久性膜結(jié)構(gòu)到永久性膜結(jié)構(gòu)過(guò)渡和發(fā)展。
1.1 膜結(jié)構(gòu)的材料。
膜結(jié)構(gòu)的材料決定膜結(jié)構(gòu)的可靠程度與否，對(duì)結(jié)構(gòu)使用的合理選擇，以及新材料的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)的耐久性和使用年限，均有著密切的關(guān)系，膜材的屬性以及強(qiáng)度也是不可忽視的一個(gè)重要組成部分。
1.1.2膜材的種類。
　　膜材種類主要分為三種，一是PTEF膜材，由聚四氟乙稀(PTEF）涂層和玻璃纖維基層復(fù)合而成；二是PVC膜材：由聚氯乙稀（ＰVC)涂層和聚酯纖維基層復(fù)合而成。三是加面層的PVC膜材在PVC膜材表面涂覆聚偏氯乙稀（PVDE)或聚氟乙稀(PVF)。三種性能優(yōu)點(diǎn)為：PTFE膜材的材質(zhì)好、價(jià)格也較高；PVC膜材應(yīng)用廣泛、價(jià)格適中。
1.2 膜材的物理性
1.2.1 膜結(jié)構(gòu)的膜材是一種具有強(qiáng)度、柔韌性好的涂層織物材料。
1.2.2 具有力學(xué)性、光學(xué)性、聲學(xué)性、防火性、保溫性、自潔性。
1.2.3 膜材的力學(xué)性、膜材的材料應(yīng)力是平均分布在所有面積上，不是集中在一點(diǎn)上。力學(xué)特性是：抗拉強(qiáng)度高，抗壓剛度和抗變?yōu)榱�，屬于非線性和各項(xiàng)異向性的材料，同時(shí)也容易發(fā)生徐變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象。
2 膜結(jié)構(gòu)的荷載。
2.1 膜結(jié)構(gòu)的荷作用。
2.1.1 膜結(jié)構(gòu)的荷載中主要考慮鋼結(jié)構(gòu)部分荷載，效應(yīng)組合問(wèn)題應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.1.2 作用于膜結(jié)構(gòu)的荷載應(yīng)考慮永久荷載、活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載及初始預(yù)張力等等。
3 膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
3.1 膜結(jié)構(gòu)的一般設(shè)計(jì)原則。
3.1.1膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有明顯區(qū)別，一方面膜結(jié)構(gòu)屬于柔性張拉結(jié)構(gòu)，必須通過(guò)施加初始張力才能獲得結(jié)構(gòu)剛度。另一方面，膜結(jié)構(gòu)的表面形狀為空間曲面，形狀比較復(fù)雜，屬于可展曲面，因而存在將平面膜材經(jīng)過(guò)裁剪構(gòu)成空間曲面問(wèn)題。
3.2.1 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算包括初始形態(tài)分析、荷載效應(yīng)分析與裁剪分析三大部分。
3.2.2 初始形態(tài)分析為：確定的初始曲面形狀及該曲面相應(yīng)的初始預(yù)應(yīng)力分布。
3.2.3 荷載效應(yīng)分析指對(duì)結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力，位移進(jìn)行計(jì)算。
3.2.4 裁剪分析是將薄膜面劃分為裁剪膜片并展開(kāi)為平面裁剪下料圖的過(guò)程。
4 膜結(jié)構(gòu)的計(jì)算。
4.1 膜結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。
4.1.1 主要有三種計(jì)算方法：力密度法、動(dòng)力松弛法、非線性有限元法。
4.1.2 力密度法是將薄膜結(jié)構(gòu)離散為由節(jié)點(diǎn)和桿件組成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在給定的幾何拓?fù)�、支座位置及力密度�?索力與索長(zhǎng)比)下，求解節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的線性方程組后求得結(jié)構(gòu)的變形。
4.1.3 動(dòng)力松弛法是將薄膜結(jié)構(gòu)離散為節(jié)點(diǎn)之間的連接單元，對(duì)各節(jié)點(diǎn)施加激動(dòng)力產(chǎn)生振動(dòng)，然后跟蹤各節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)過(guò)程直至最終求得結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)。
4.1.4 非線性有限元法是將薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元離散分析，以過(guò)求解大位移小應(yīng)變幾何非線性有限元方程，求得膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。
5 膜結(jié)構(gòu)A應(yīng)力和結(jié)構(gòu)安全。
5.1 膜結(jié)構(gòu)的允許應(yīng)力和安全系數(shù)。
5.1.1 膜結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，它在荷載作用下，內(nèi)力變形比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)中應(yīng)盡量避免膜材出現(xiàn)較大應(yīng)力導(dǎo)致過(guò)大的變形。
5.1.2 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般采用允許應(yīng)力法對(duì)膜材的應(yīng)力來(lái)控制，即荷載作用下的膜材應(yīng)力不大于材料的允許應(yīng)力，允許應(yīng)力則由膜材的抗拉強(qiáng)度除以安全系數(shù)求得。
Σ
式中：σ——膜材中的應(yīng)力
fu——膜材的抗拉強(qiáng)度
K——安全系數(shù)
5.1.3 因?yàn)槟げ牡纳�產(chǎn)條件、質(zhì)量等原因，膜結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求比較高，不能有缺陷，因此根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)期荷載作用下取K=8，短期荷載作用下取K=4。
6 膜結(jié)構(gòu)幾何與材料的非線性問(wèn)題。
6.1 膜結(jié)構(gòu)中的索和膜材料均屬柔性材料，只能承受拉力而不能承受壓力、彎矩等作用。所以膜結(jié)構(gòu)是主要通過(guò)變形(曲率變化)來(lái)平衡外荷載，即必須考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性效應(yīng)，近似的可以按彈性材料考慮。這樣大大簡(jiǎn)化膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
7 膜結(jié)構(gòu)的邊界問(wèn)題。
7.1 膜結(jié)構(gòu)的邊界條件。
7.1.1 膜結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的邊界支承條件取決于膜材與邊緣構(gòu)件，分柔性索和剛性構(gòu)件。假定固定支承或彈性支承。
7.1.2 假定骨架支承的結(jié)構(gòu)剛度很大，可以將膜材支骨架處的連接認(rèn)為是固定支承邊界，在一般情況下，可以將膜材與承骨架的連接處認(rèn)為是彈性支承。
7.1.3 膜結(jié)構(gòu)支承骨架影響計(jì)算中主要考慮剛度問(wèn)題，對(duì)支座反力和支承骨架進(jìn)行計(jì)算。防止過(guò)大變形產(chǎn)生較大位移的發(fā)生。
8 膜材使用。
8.1 膜材的松弛的褶皺。
8.1.1 膜結(jié)構(gòu)中膜材松弛，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度降低，尤其是在風(fēng)荷載作用下容易出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，使用結(jié)構(gòu)受力大幅度增加，導(dǎo)致膜撕裂，結(jié)構(gòu)破壞。
8.1.2 膜材的松弛所引起的褶皺，會(huì)影響膜結(jié)構(gòu)美觀和排水性能。
8.1.3?搖在正常使用狀態(tài)下，膜材不應(yīng)出現(xiàn)松弛與褶皺現(xiàn)象。
8.1.4 如果出現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)松弛和褶皺，說(shuō)明不能滿足正常使用，需重新進(jìn)行初始化形態(tài)分析。
結(jié)束語(yǔ)：膜結(jié)構(gòu)是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式，它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、化工材料力學(xué)、計(jì)算機(jī)使用技術(shù)為一體。它具有很高的科技含量，它的優(yōu)美曲面形態(tài)，體現(xiàn)了建筑美感，同時(shí)映證和體現(xiàn)了以人為本，自然與人，動(dòng)靜結(jié)合，天人合一的生態(tài)和諧思想，也可以成為最有吸引力、標(biāo)志性建筑。
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