膜结构曲面病态的判定与调整

   找形的目的是要得到既符合建筑师的外形构思,又符合边界约束和力学平衡的空间形状。但是并非所有通过找形得到的形状都是合理的 ,或是最优的 。由于膜结构的形状与膜面内的应力之间存在相互制约的关系 ,因而如果在荷载态分析中出现褶皱过多或变形过大的情况,就说明膜结构的形状不合理,即存在”病态”区域或曲面是”病态”的。

膜结构”病态”曲面的判定

   对于“病态”膜结构曲面的判定可以从几何、应力和刚度三方面来考察。
几何方面: 主要是看外形是否尽可能接近建筑师的外形构思;是否存在较大范围的扁平域(扁平意味着几何刚度低,易产生积水或积雪);膜结构曲面的曲率变化是否平缓(曲率的过大变化, 将导致支承条件复杂且膜面应力集中),等等。

应力方面: 主要是看是否有应力集中现象; 应力分区不宜太多,相邻应力分区的应力值相差不宜太大。

刚度方面:主要是针对受荷状态而言,即受荷时是否因张力消失而出现褶皱,是否在风雪荷载下出现过大的变形。

膜结构”病态”曲面的调整
   对于病态曲面, 可考虑采用以下修改方法:几何控制修改法、应力控制修改法、综合修改法。

几何控制修改法: 通过修改支承及边界条件来修改曲面几何 ,从而修正膜结构的刚度。

应力控制修改法: 通过修改曲面的预张力分布及数值来修正膜结构的刚度。

综合修改法: 同时修改支承及边界条件和膜面预张力 ,得到新的平衡曲面。曲面的病态判别及修改, 在某种程度上,就是一个曲面优化的问题。这里的优化 ,要结合荷载态分析的结果(是否有张力消失,变形是否过大)来进行, 所以说, 找形与荷载态分析是个多次反复的过程。

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