膜结构的设计安装过程

一、基础入门

  • 1、确定要设计的膜结构的基本形状,例如,圆锥形,桶形穹顶,折叠板,双曲线抛物面,以及它们的组合或其他不同形式。对于具有相同应力场的膜,其形状将设定为给定边界的肥皂膜的形状。
  • 2、确定边界条件问题。例如是否会有边缘电缆,山脊电缆或山谷电缆,径向电缆等?会不会只有“硬边界”夹紧到钢梁上?会不会有电缆固定的接线柱,或者它们会瞬间连接到基座?如果使用锥形织物,天线杆会被固定在地面上还是被电缆悬挂住?会倾斜吗?这些问题都是需要我们思考的。
  • 3、确定将用于结构设计的软件。市售的软件包可用于根据形状和边界条件查找织物的形状。

二、 设计

  • 1、如果只需要织物的形状,只需将边界条件和织物网格插入合适的找形软件包中并生成形状。确保避免使用“平整”的织物,这对于解决载荷是一个问题。切记,膜片只能通过使张力偏斜并将其拉回周边来解决载荷。周边必须具有足够的尺寸以承受拉力负荷–通常这意味着在周边没有连续的环/框架时,在外部有一个“压缩环”或框架,或者某种形式的栓系。还应确保避免有水平或接近水平的膜区域,在雨或雪荷载下膜会在其中变形,并导致形成池塘。
  • 2、如果需要确定成员大小或进行完整的工程设计,则需要开发一个完整的FEM模型,包括材料和截面属性。另外,需要确定负载。荷载工况包括但不限于:预应力和恒荷载,活荷载,风荷载,热和/或地震以及稳定性检查等。在此过程中,也需要检查潜在的积水现象。选择膜强度时,必须使用重要的安全系数。
  • 3、生成物理模型以更好地了解行为并验证表格可能是有益的。物理模型还可以提供关于张紧的膜结构的可构造性的见识。在整个设计过程中必须考虑可构造性,以确保可以通过某种合理的方式实际构建构思的设计。

三、详细设计/图案

  • 1、如果计划建造该结构,则需要设计详细的设计过程。用于分析的FEM模型可能基于工作点和中心线的几何形状,但众所周知,钢构件,连接件,夹紧件和电缆端部的尺寸有限,需要能够在现场安全地组装。这意味着可能会有将次级钢焊接到初级钢上以接受周边夹紧的情况。可能有多条电缆连接到一点的区域,没有足够的空间容纳耳板和电缆终端/插针,因此也许需要对分析模型进行调整。可能在某些区域需要切开膜角以适合这些物品-需要确定这些切口是否可以具有自由边缘或是否需要以某种方式进行加固。应当尽可能避免在膜领域内渗透,但有时无法避免。现在是时候详细介绍那些采用夹紧/加固或可能需要在那些位置适应载荷,挠度和水密性的部件了。
  • 2、如果学生要对膜进行图案化,则尽管也可以通过其他合理的方法进行图案化,但仍需要用于该目的的软件包。构图过程中需要考虑一些事项:
    • 翘曲方向–“翘曲”是指轧制货物长度方向。对于强度和/或使用要求,应考虑方向。
    • 接缝布局-基于经纱方向,轧制货物的宽度,美观度,织物使用情况和织物形状。关于织物形状,如果花样软件无法将模板压平到设计者认为可以接受的误差范围内,则可能需要添加更多接缝。
    • 在构图过程中还应考虑废布的数量。如果在美学上可接受,则应制作图案以最大程度地减少浪费。接近全宽的三角形和梯形图案比长三角形,沙漏形甚至是大于一半但小于全角的矩形面板产生更好的嵌套效果。
    • 在生产模板之前,必须先了解织物的性能。一些项目使用非常有弹性的织物而很少或根本不需要预应力分布,而其他项目可能需要使用非常硬的织物进行均匀的预应力。在后一种情况下,应进行双轴测试以确定织物补偿。补偿量是指将模板切割成小于其预期大小的量,以便在安装时必须对其进行拉伸以达到所需的预应力值和最终几何形状。运行双轴测试并选择补偿后,大多数图案化软件都允许输入补偿值,以便该软件可以生成适当的切割线。

四、一些注意点

  • 张紧膜结构的挠度比常规结构大得多。因此,在放置建筑或功能性元素(如照明,幕墙,HVAC,防雷等)时,必须小心,以免这些元素与膜接触并刺穿膜。
  • 张拉的膜也容易撕裂。人们应该考虑到,异物可能会在其使用寿命内刺破或撕破膜。因此,必须考虑安全因素,维修程序和其他因素。通常,膜永远不应用作支撑钢构件的唯一手段。例如,桅杆元件应具有径向或拉索,以在膜片不存在的情况下将其负载支撑在偏转位置。
  • 对于维护,修理等,最好在设计过程中包括提供救生索或系紧装置的位置,以使施工或维修人员可以安全地进入到膜面上。
  • 如果膜表面太大而无法处理,则可能需要进行分段处理。

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。