膜结构的计算

   膜结构设计内容和分析方法要比传统结构复杂。这种体系可在荷载作用下产生较大位移,因而在计算中必须考虑几何非线性。膜结构的计算包括初始形态分析、受力分析和剪裁分析等内容,它们构成所谓的膜结构全过程分析。膜结构的设计大致可按如下步骤进行。

(1)总体设计:根据建筑的功能要求等确定膜结构的结构形式 ,定出控制点的坐标,选择膜材。

(2)找形分析:根据边界条件及初始荷载要求确定相应的初始张力和结构形状。

(3)荷载分析:验算结构在各种荷载下的变形及应力变化是否满足使用要求。

(4)裁剪分析:根据膜结构形状 ,确定将空间膜曲面用平面膜材表示的裁剪式样。 以下为考虑滑移的成形分析算例。

马鞍形索膜结构:如图1、图2所示:

   两长边为圆弧形固定边界,两短边为直线固定边界,薄膜初始预为 3N/rrifl12,张拉刚度 E1t=E2t=255 N/mm,G12t =80 N/mm,泊松比 V1 = V2=0.6,膜密度为 1.05 × 10’6 kg/mm2; 脊索的初始预张力为 52438 N。ERC ARC =1.49 Xl07 N;谷索的初始预张力为 26219 N,EVC AVC=0.73 × 107 N;索体积力 为7.693 × 10e-5kg/mm3 ;索膜组合结构施加均布向上的荷 载 1 000 N/mm2;索膜间的摩擦因数u= 0.6。采用无滑移 (p=m) 、有摩擦滑移和无摩擦滑移(p=0)三种工况进行分析,索内力的结果如图 3 和图 4 所示。

   由图3可知,在相同荷载作用下,脊索Rc1(考虑在索交点处的滑动)在考虑无摩擦滑移后张力分布较均匀,但索力整体上升,这是由于索膜的整体协调受力所导致的。

   由图4可知,在相同荷载作用下,谷索在考虑无摩擦滑移后索段张力分布更加均匀。由图 3 和图 4 可见,摩擦力使索力不均匀且使索力有所减小,但对索力的影响较小,其对脊索的影响较谷索大。

   索膜建筑经历了半个世纪的发展,现已成为一种成熟的膜结构体系。它以结构逻辑与技术手段作为建筑艺术的表现基础,达到了更高层次建筑和技术的统一。由于能充分利用取之不尽的太阳能资源,薄膜结构必将成为 2l 世纪“ 绿色建筑体系”的宠儿。 随着膜材性能及再利用技术的不断发展,索膜结构还将展示出更强大的生命力。

深圳市金鑫空间膜结构建筑设计院是国内顶尖的膜结构建筑设计单位,是一家专注于膜结构建筑设计与研究的设计院。业务涉及张拉膜结构、骨架式膜结构、充气膜结构、钢结构;对PVC、PTFE、ETFE膜材有着丰富的设计经验。我们尤其擅长大跨度结构、异性空间结构、索结构、封闭式建筑以及开启结构的设计与研究,涉及的领域有景观膜结构、停车棚膜结构、体育设施膜结构、污水加盖池膜结构等。