膜结构挑篷的设计研究(设计篇)

剪裁分析
   剪裁分析和下部结构验算构成了后处理。结果显示应该能从各个方向显示膜结构的线框图形和位移,并且能显示其实体模型,此外显示模块还应具有另一重要功能即应力的可视化,如采用应力彩色图和应力数值标注相结合的方式显示膜结构的应力,这样就非常容易找到应力异常区和褶皱区。
   剪裁分析的方法有很多种,一般是在初始形态分析的基础上,利用不同的离散方法进行拟合。常用的方法如动态规划法,把空间任意曲面近似展成平面,即基于动态规划的基本思想,把空间任意曲面划分成有限个相邻的条块(称之为条元),依次藕联计算出每一条元的展开形状,便可得到整个曲面的展开;应用单值变换把空间曲面近似展成平面;有根据测地线的原理,应用广义泛函变分取极值,得到膜结构曲面上的测地线,然后依据测地线计算裁剪线,生成裁剪图。
   剪裁分析的功能主要生成考虑由初始预应力引起的经、 纬方向伸长和连接影响的剪裁下料图和 DXF 等格式能被普通计算机辅助制造系统接受的数据文件,以便据此利用人工和计算机辅助制造系统进行膜材的剪裁操作。

下部结构验算
   对下部膜结构进行验算通常有两种方法,一种是将上部索膜结构和下部支撑结构分开分析,在下部结构模型上盖上轻型屋面板,轻型屋面板作为恒荷载,应用荷载传递的原理,将荷载作用下产生的支座反力作为荷载施加在下部膜结构上,再进行下部结构的分析计算,这种方法适用于支撑结构刚度较大,控制点位移较小的情况下,分析效率较高,同时复杂程度大大降低。

   第二种是将找形后的索膜屋面与下部结构组成一体,用非线形有限元方法分析结构在各种荷载组合下的位移、支座反力及内力等,此方法适用于支撑结构较柔,在外荷载的作用下会发生较大的变形,在迭代计算过程中,索膜结构与支撑结构会发生相互作用,并且在相互作用下协同变化。

设计总结
   索膜结构挑蓬的设计不同于传统结构,其分析计算需要有一定的数学、力学和工程学基础。随着计算机技术的发展、软件水平的提高,利用计算机技术来进行膜结构的设计已经成为索膜结构挑蓬设计的根本保证。虽然有多种分析理论被提出来,并运用于索膜结构的分析。但不论采用那种理论,其设计步骤都是相同的。

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。