【停車棚廠家】膜結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的討論

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園穹頂，它采用了充氣膜結(jié)構(gòu)，平臺長180m的圓角正方形，最大對角線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年建成的美國圣地亞哥會議中心，其展廳膜結(jié)構(gòu)由5個單體組成，每個單體由兩根“飛柱”頂起，形成傘狀，整個平面為91.5mX91.5m方正形。在我國上海1997年興建的萬人體育場，屋蓋平面輪廓尺寸274mX288m，最大懸挑73.5m，覆蓋面積26000m2，開創(chuàng)我國大跨膜結(jié)構(gòu)的歷史先河。經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展我國的膜結(jié)構(gòu)有了長足的發(fā)展，大約以每年20%的速度增長，膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域和使用年限逐漸地由臨時性膜結(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)點為：PTFE膜材的材質(zhì)好、價格也較高；PVC膜材應(yīng)用廣泛、價格適中。
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，不是集中在一點上。力學(xué)特性是：抗拉強(qiáng)度高，抗壓剛度和抗變?yōu)榱悖瑢儆诜蔷�性和各項異向性的材料，同時也容易發(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)組合問題應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)進(jìn)行設(shè)計。
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。
3.1 膜結(jié)構(gòu)的一般設(shè)計原則。
3.1.1膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算與傳統(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)過裁剪構(gòu)成空間曲面問題。
3.2.1 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計計算包括初始形態(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)分析指對結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力，位移進(jìn)行計算。
3.2.4 裁剪分析是將薄膜面劃分為裁剪膜片并展開為平面裁剪下料圖的過程。
4 膜結(jié)構(gòu)的計算。
4.1 膜結(jié)構(gòu)的計算方法。
4.1.1 主要有三種計算方法：力密度法、動力松弛法、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)點和桿件組成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在給定的幾何拓?fù)洹⒅ё�位置及力密度�?索力與索長比)下，求解節(jié)點坐標(biāo)的線性方程組后求得結(jié)構(gòu)的變形。
4.1.3 動力松弛法是將薄膜結(jié)構(gòu)離散為節(jié)點之間的連接單元，對各節(jié)點施加激動力產(chǎn)生振動，然后跟蹤各節(jié)點的振動過程直至最終求得結(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)計計算當(dāng)中應(yīng)盡量避免膜材出現(xiàn)較大應(yīng)力導(dǎo)致過大的變形。
5.1.2 根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗和國際標(biāo)準(zhǔn)，膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計一般采用允許應(yīng)力法對膜材的應(yīng)力來控制，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 因為膜材的生產(chǎn)條件、質(zhì)量等原因，膜結(jié)構(gòu)對材料的要求比較高，不能有缺陷，因此根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，長期荷載作用下取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)是主要通過變形(曲率變化)來平衡外荷載，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。這樣大大簡化膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
7 膜結(jié)構(gòu)的邊界問題。
7.1 膜結(jié)構(gòu)的邊界條件。
7.1.1 膜結(jié)構(gòu)計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)支承骨架影響計算中主要考慮剛度問題，對支座反力和支承骨架進(jìn)行計算。防止過大變形產(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，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：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，同時映證和體現(xiàn)了以人為本，自然與人，動靜結(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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