膜结构裁剪设计的目的及一般原则

1.裁剪设计的目的
   膜结构建成后的膜面是预应力作用下的空间曲面。裁剪设计(或者称裁剪分析)的目的是用无应力、平面状态并有幅宽限制的膜材去制作膜面,使这个膜面在张拉后符合找形所得的形状和应力分布,且膜面接缝布置美观,膜材用料节省。
2.膜结构裁剪设计的内容与步骤如下:

1) 在找形得到的空间膜面上布置裁剪线, 将空间膜面划分成若干个空间膜条;
2) 将空间膜条展开为平面膜片;

3) 释放预应力,对平面膜片进行应变补偿(即考虑预应力释放后膜材的弹性回缩) ;

4) 根据以上结果,加上膜片接缝处及边角处的放量,得到平面裁剪片;给出膜材的下料图及膜面的加工图。
3. 裁剪线的布置原则
   裁剪线是指空间膜曲面上膜条与膜条之间的连接线,也就是裁剪片与裁剪片拼接时的接缝。裁剪线的布置应遵循以下原则:

1) 美观,有良好的视觉效果;

2) 受力性能良好,通常将裁剪线布置成与膜材的经向一致,沿膜面主应力方向;
3) 便于加工,避免裁剪线过于集中,以方便边角处理;

4) 节省,即节省膜材且使接缝总长度尽可能短。

   通常,裁剪线的方向就是膜材的经向, 即膜材的长度方向。习惯上,圆锥形(伞形)膜面的裁剪线按经向布置,马鞍形膜面的裁剪线沿平行于高点对角线的方向布置,拱支承形膜面的裁剪线大都垂直于拱的跨度方向,而脊谷式膜面的裁剪线大都平行于脊谷索布置;刚性边界的膜结构,裁剪线大都平行于边界支承构件。
4.裁剪的应变补偿
   膜材裁剪时的应变补偿值受许多因素影响,如膜材本身的双轴拉伸性能、徐变性能、膜面应力水平、裁剪片的形状及材料经纬方向、结构尺度及支承方式、膜面热合时的收缩情况、成型时的张拉难易程度等等。应变补偿常以补偿率的形式实施。严格说来,需根据膜材在特定应力比及应力水平下的双轴拉伸试验结果,结合上述诸因素综合确定应变补偿率。需要注意的是, 膜材经、纬向的应变补偿率通常是不同的,且不同的应力分区也应采用不同的补偿率。大体上来说,常用聚乙烯(PVC)涂层覆盖聚酯织物的应变补偿率为0.5%-0.8%;而常用的聚四氟乙烯(PTFE)涂层覆盖玻璃纤维膜材的应变补偿率经向为0.5%-1.0% ,纬向在1.0%-3.0%之间。

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