膜结构的设计流程与传统建筑有着很大的不同,膜结构设计主要有以下几个步骤:

  一、结构建筑方案的设计

  建筑设计师根据业主的想法、功能需求、现场周围环境等首先规划建筑项目的尺寸、形状大小及其空间造型等。根据项目规模充分分析构造蓝图,结合施工工艺技术预估结构项目构建成本,与膜结构工程师一起讨论并确定较为合理可行的结构设计方案。

  二、找形分析

  拿索膜结构来说,没有施加预应力,索膜结构就没有刚度,膜结构是不存在无应力状态的。膜结构材料是没有抗弯刚度的,结构形状与预应力值的大小相互对应的,因此在控制点坐标确定后,给定一合理的预应力值及其分布,才能确定合适的膜曲面形状。预应力值的大小与分布需要我们根据各个方面的条件与因素来综合测试并调整确定,这整个调整过程就是膜结构的找形分析。找形分析与结构方案设计紧密相连,需要我们来回调整才能做到既满足结构形状的要求又能够极大降低建筑物的建筑成本。

  三、荷载分析

  膜结构建筑物的控制荷载往往是风载和雪载。膜结构形状受荷载影响较大,所以我们在比较精准的计算结构的变形和应力分布的时候,得用几何非线性的方法进行才行。针对不同情况,我们要精确计算出索、膜、梁、杆等结构构件中的内力分布的最不利情况,从而来选定索、膜等材料的型号大小及形状尺寸,以规划详细的节点做法及建筑措施等。所以,索膜结构建筑一定要经过仔细的内力分析才行,不是马虎凭借经验来进行的。

  四、剪裁分析

  剪裁分析就是在预应力状态下的结构上确定较为合理的裁剪线位置及其分布,接着按标准方法把三维的曲面形状扩展开为二维的平面形状。为尽可能减少材料浪费,通常按膜材料幅宽比例来确定裁剪过程,同时也要考虑结构曲面率的变化。因为膜材料的双向异性性质,裁剪线的设置需要和初始设计时所确定的膜材经纬向一样,才能保证结果同实际保持一致。

  因为在对膜材料进行裁剪时,膜材料都是处于无应力状态的,我们该如何在预应力的形体上对无应力状态下的膜裁剪分析,很多膜结构设计专家提出了例如图形几何法、最小二乘法、动态规划法与平面热应力原理相结合的有限单元法等方法措施,另外在实际工程中,我们还需要注意一下几点:

  1、确定膜的经纬向布置及膜片之间现场拼接缝位置,膜材料的经纬向分布会影响观瞻、膜材的利用率、制作的工作量等,还要与之前计算好的模型相吻合才行。现场拼接缝设计不好则会导致结构容易漏雨水,我们一般会在脊处作为现场拼接缝。

  2、膜材与硬边界的连接点处,为了便于安装,我们要充分考虑一些特殊的补偿值点。

  3、必须保证索边界的位置不变,对于其它一些非软性边界,由于其本身有一定的大小尺度,我们可针对实际情况来更护膜的位置。此外,结构边缘角落处的膜剪裁要严格按实际计算结果进行裁剪。

  4、为提高膜材的利用率,膜的剪裁要充分考虑膜材料的形状尺寸幅宽,充分考虑热合搭接长度、预应力伸缩补偿、边界做法等因素后,裁出的膜片要尽量接近膜材的幅宽。

膜结构设计

深圳市金鑫空间膜结构建筑设计院是国内专业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、异型空间结构、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。