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膜结构设计一般是分为哪几个步骤...

膜结构设计一般是分为哪几个步骤完成
膜结构设计一般是分为哪几个步骤完成
膜结构设计一般是分为哪几个步骤完成
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编辑时间 : 2020-06-16

  膜结构设计一般是分为哪几个步骤完成


  苏州膜结构停车棚厂家今天为您介绍膜结构的设计分的三个步骤:

  (1)找出一个初始平衡形状;

  (2)各种荷载组合下的力学分析以保证安全;

  (3)裁剪制作。发达国家从六十年代起开始提出多种计算方法,

  到目前为止以有限元法为较先进、较普遍被采用的方法。而单元类型皆为三角形平面常应变单元,该方法是从刚性板壳大变形理论移植过来的。


  从以下分析可以看到,膜结构作为只能抗拉的软壳体是不适宜采用这种平面单元的,因为对于刚性壳体来说,这种平板单元可以看成平面应力单元和平板弯曲单元的组合,其单元刚阵可以由这两种单元刚阵合并而成。而膜结构作为软壳体是不能抗弯的,只能靠薄膜曲面的曲率变化,从而引起膜表面中内力重分布来抵抗垂直于曲面的外荷载。如果还是采用这种只有平面内应力的板单元,则应变的线性部分将不反映平面外z方向位移的影响,这导致单元不包含z方向节点反力,就每个单元来说静力是不平衡的。所幸的是应变的非线性部分考虑了z向位移的影响,使得各单元合并起来的总的平衡方程通过不断迭代能近似达到平衡,缺点是需要过多的平面内位移来满足平衡的要求,而实际情况是只需要一定的平面外和平面内的位移及曲率变化就可以了。


  考虑到这些,我国膜结构技术人员在国际上首次采用曲面膜单元,应变的线性部分引入了z向位移及单元的曲率和扭率,非线性部分仍然保留z向位移的影响项。这样无论是每个单元还是各单元合并后的平衡方程都能很容易满足,迭代次数大为减少,而变形结果也更符合真实情况。而且由于单元内各点应力都不相同,据此判断皱折是否出现会更为精确。最后求出的每个单元的曲率和扭率对于判断初始找形的正误和优劣以及裁剪下料都能提供很多非常有用的信息。


  用曲面有限单元建立的膜结构找形及内力计算方法极小曲面具有非常完美的表面形状和应力状态,是膜结构最合理的理想初始状态。所谓极小曲面是指在给定边界条件下面积最小的曲面。在这个曲面上任意一点的应力都相等。发达国家从六十年代起开始对膜结构找形提出多种计算方法,如物理模型法,力密度法,动力松驰法等,到目前为止以有限元法为最先进、最普遍采用的方法。不仅国内,迄今国外的计算理论也都是以平面膜单元作为膜结构的计算模型。该方法是从刚性板壳大变形理论移植过来的。膜结构作为只能抗拉的软壳体是不适宜采用这种平面单元的,其缺点是需要过多的平面内位移来满足平衡的要求,而实际情况是只需要一定的平面外和平面内的位移及曲率变化就可以了。其后果就是在后面要进行的内力计算时,代入真实材料常数后,由于前面找形得到的极小曲面与实际可能存在的膜结构形状的差距在视觉上可能不大,但对计算来说却是不能忽视的,因此计算很容易发散或出现皱折。这也是前面其他方法的共同缺点,他们往往把这一连贯的过程区分成理想化的找形和实际验算两个阶段,也就不能保证找出的形状都能用真实的膜材建成等应力极小曲面。


  膜结构建筑的排水应该怎么设计?


  膜结构建筑设计应根据建筑物的使用特点和总平面要求,合理确定排水坡度和泄水位置,确保膜面排水顺畅;在雪荷载较大的地区,应采用较大的膜面坡度和必要的防积雪措施。


  膜结构建筑排水设计依可然采用无组织排水或有组织排水方式。由于膜结构建筑的造型奇特,自由曲面,应充分考虑造型与排水的合理方式。膜结构排水坡度要求大于一般建筑。平膜坡度15%~20%以上,双曲膜脊度应大于10%。同时膜面预张力1.0~2.0kN/m以上,避免膜材在雨水作用下发生较大变形,从而在膜面产生积水、兜水。膜面积水具有马太效应特点,积水将导致局部凹陷变形,凹陷变形反过来加剧积水现象。足够坡度、曲率和张力水平是保证排水顺畅的必要条件。导水板、导水沟、落水管等膜结构设计宜与膜节点构造设计协调。


  大型公共膜结构建筑(3000m2)以上,宜采取有组织排水;小型开敞膜结构建筑(500m2以下)可采取无组织排水;中型公共膜建筑(500m2~3000m2)宜根据其高程、密闭和开敞性,选取合适的排水形式,可部分自由排水,结构组织排水。


  膜结构是一种全新的建筑结构形式,它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体,具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化,结合整体环境,建造出标志性的形象工程。

  艺术性:充分发挥建筑师的想象力,又体现结构构件清晰受力之美。

  经济性:由于膜材具有一定的透光率,白天可减少照明强度和时间,能很好地节约能源。同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。

  大跨度:膜结构可以从根本克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现所遇到的困难,可创造巨大的无遮挡可视空间,有效增加空间使用面积。

  自洁性:膜建筑中采用具有防护涂层的膜材,可使建筑具有良好的自洁效果,同时保证建筑的使用寿命。

  工期短:膜结构建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成,可减少现场施工时间,避免出现施工交叉,相对传统建筑工程工期较短。膜建筑可广泛应用于大型公共设施:体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览中心、购物中心、站台等,又可以用于休闲设施、使用工业设施及标志性或景观性建筑小品等。


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