膜结构挑篷的设计研究(上)

索膜结构的设计过程主要有前处理、找形设计、荷载分析、剪裁设计和下部结构设计与验算五个阶段。其分析计算需要有一定的数学、力学和工程学基础。在进行实际工程设计时,必须按步骤循序渐进的进行计算分析。
1 概述
索膜结构挑篷,由于采用膜材这种新型材料和很大的跨度,有其比较独立的设计流程。索膜结构的设计过程主要有前处理、找形设计、荷载分析、剪裁设计和下部结构设计与验算五个阶段。对于找形设计和剪裁设计,由于膜材大变形和非线形等特殊性质,需要有专门的软件来进行分析。目前许多膜结构公司都开发出自己专用的膜结构分析软件,各高校开展这方面研究的也很多。荷载分析这一阶段是比较接近于传统结构的, 也常常依赖于大型的有限元结构分析软件进行计算,包括强度分析、稳定分析、动力分析等。
2、索膜结构挑蓬设计的一般过程
现代索膜建筑的设计过程是把建筑功能、内外环境的协调、找形和结构传力体系分析、 材料的选择与剪裁集成一体。借助于计算机的图形和多媒体技术进行统筹规划与方案设计,再用结构找形、体系内力分析与剪裁的软件,完成索与膜的下料与零件的加工图纸,最后结合下部结构进行验算。
索膜结构的整个设计过程是建筑、结构方案的选择与结构分析计算的交叉反复,如果没有专用的计算机辅助设计系统的应用,很难想象在短时间内能够得出最优的方案。计算机辅助设计系统的应用,是膜结构设计方法发展的必然趋势。膜结构是一种新颖的结构形式,其相应的计算机辅助设计系统必有特殊性。现就目前膜结构计算机辅助设计系统的开发情况,论述一下索膜结构设计的一般过程。

3、前处理
主要定义膜结构的几何模型、材料特性、外荷载,并能从各个角度显示出结构的外形以验证几何形状的正确性,同时生成结构分析系统进行找形分析、荷载分析所需要的数据。目前可视化软件多采用图形输入法输入结构的几何外形。图形输入法是直接输入结构的图形,而不是图形的几何数据,具有直观、形象的特点。图形输入法是以人机交互方式工作的,可以边输入边显示,有错即改,有漏就补,十分方便灵活。材料的特性主要包括膜材的经纬两方向的弹性模量、最大允许应力,脊索、边索的弹性模量、最大允许应力,外荷载主要包括风荷载、雪荷载、自重等,另外还包括初始预应力值、受压构件的截面面积等。

这篇文章只是大概讲述了索膜结构挑篷的一些设计思路概况和前期处理等细节,下篇文章将继续讲解索膜结构挑篷的一些具体设计细节技术。

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。