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膜結(jié)構(gòu)范文1
【關(guān)鍵詞】索膜結(jié)構(gòu)；找形設(shè)計(jì)；剪裁設(shè)計(jì)
1概述
索膜結(jié)構(gòu)挑篷[1]，由于采用膜材這種新型材料和很大的跨度，有其比較獨(dú)立的設(shè)計(jì)流程。
索膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程主要有前處理、找形設(shè)計(jì)、荷載分析、剪裁設(shè)計(jì)和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算五個(gè)階段。對(duì)于找形設(shè)計(jì)和剪裁設(shè)計(jì)，由于膜材大變形和非線形等特殊性質(zhì)，需要有專門的軟件來進(jìn)行分析。目前許多膜結(jié)構(gòu)公司都開發(fā)出自己專用的膜結(jié)構(gòu)分析軟件，各高校開展這方面研究的也很多。荷載分析這一階段是比較接近于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的，也常常依賴于大型的有限元結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行計(jì)算，包括強(qiáng)度分析、穩(wěn)定分析、動(dòng)力分析等。
2、索膜結(jié)構(gòu)挑蓬設(shè)計(jì)的一般過程
現(xiàn)代索膜建筑的設(shè)計(jì)過程是把建筑功能、內(nèi)外環(huán)境的協(xié)調(diào)、找形和結(jié)構(gòu)傳力體系分析、材料的選擇與剪裁集成一體。借助于計(jì)算機(jī)的圖形和多媒體技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與方案設(shè)計(jì)，再用結(jié)構(gòu)找形、體系內(nèi)力分析與剪裁的軟件，完成索與膜的下料與零件的加工圖紙，最后結(jié)合下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算[2]。
索膜結(jié)構(gòu)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程是建筑、結(jié)構(gòu)方案的選擇與結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的交叉反復(fù)，如果沒有專用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用，很難想象在短時(shí)間內(nèi)能夠得出最優(yōu)的方案。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用，是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法發(fā)展的必然趨勢(shì)。膜結(jié)構(gòu)是一種新穎的結(jié)構(gòu)形式，其相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)必有特殊性。現(xiàn)就目前膜結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開況，論述一下索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般過程。
2.1前處理
主要定義膜結(jié)構(gòu)的幾何模型、材料特性、外荷載，并能從各個(gè)角度顯示出結(jié)構(gòu)的外形以驗(yàn)證幾何形狀的正確性，同時(shí)生成結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)進(jìn)行找形分析、荷載分析所需要的數(shù)據(jù)。目前可視化軟件多采用圖形輸入法輸入結(jié)構(gòu)的幾何外形。圖形輸入法是直接輸入結(jié)構(gòu)的圖形，而不是圖形的幾何數(shù)據(jù)，具有直觀、形象的特點(diǎn)。圖形輸入法是以人機(jī)交互方式工作的，可以邊輸入邊顯示，有錯(cuò)即改，有漏就補(bǔ)，十分方便靈活。材料的特性主要包括膜材的經(jīng)緯兩方向的彈性模量、最大允許應(yīng)力，脊索、邊索的彈性模量、最大允許應(yīng)力，外荷載主要包括風(fēng)荷載、雪荷載、自重等，另外還包括初始預(yù)應(yīng)力值、受壓構(gòu)件的截面面積等。
2.2找形、荷載分析
膜結(jié)構(gòu)的找形分析和荷載分析可以合稱為結(jié)構(gòu)分析，主要完成膜結(jié)構(gòu)的找形、形狀判定和內(nèi)力分析，輸出位移、應(yīng)力和其他后處理系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)文件。
膜結(jié)構(gòu)是纖維織物構(gòu)成的。雖然膜材在平面內(nèi)能承受很大的拉力，但它不能承受平面內(nèi)的壓力和平面外的彎矩，不然膜面會(huì)松弛，繼而失去剛度出現(xiàn)俗稱的褶皺。判斷結(jié)構(gòu)是否會(huì)出現(xiàn)褶皺是判斷索膜結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力大小選取是否合適、判斷索膜結(jié)構(gòu)建筑外形是否合理的一個(gè)關(guān)鍵因素。找形和荷載分析的最主要目的也在于此。有褶皺的索膜結(jié)構(gòu)不能體現(xiàn)索膜建筑的力與美。
通過找形，得到了結(jié)構(gòu)的曲面幾何及其相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布，接下來的工作就是荷載的分析了。
荷載態(tài)分析的目的，是檢查在各種荷載組合下，結(jié)構(gòu)的剛度是否足夠，膜面的應(yīng)力和變形是否在許可的范圍內(nèi)，亦即是否能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及防止褶皺的出現(xiàn)，是否會(huì)出現(xiàn)過大的變形導(dǎo)致應(yīng)力松弛或因應(yīng)力過大導(dǎo)致膜材破壞，是否在風(fēng)雪荷載因變形過大而影響結(jié)構(gòu)的使用功能，是否會(huì)因風(fēng)激振動(dòng)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，等等。
作用于索膜結(jié)構(gòu)上的荷載主要有：自重，設(shè)備重量，風(fēng)雪荷載以及維護(hù)荷載等等。這些荷載都可以作為面荷載轉(zhuǎn)化為等效節(jié)點(diǎn)力。
在膜結(jié)構(gòu)受荷分析的過程中，風(fēng)荷載常常是結(jié)構(gòu)的起控制作用的荷載。韓國(guó)濟(jì)州島世界杯足球賽場(chǎng)的膜結(jié)構(gòu)在2002年的臺(tái)風(fēng)中也被掀去了[3]，主要原因是由于局部構(gòu)造措施不當(dāng)，導(dǎo)致應(yīng)力集中所致。對(duì)于很簡(jiǎn)單的幾何形式，規(guī)范是可以借鑒，對(duì)于重要性的結(jié)構(gòu)，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是確定設(shè)計(jì)參數(shù)的必要手段。
索膜結(jié)構(gòu)受荷分析時(shí)，雪荷載也是很重要的荷載。雪荷載對(duì)膜結(jié)構(gòu)的影響不僅是考慮膜結(jié)構(gòu)對(duì)雪荷載的承受能力，是否會(huì)被罕見的大雪壓跨。積雪對(duì)膜的影響不僅僅如此，由積雪造成的膜長(zhǎng)期受荷所產(chǎn)生的非常規(guī)徐變會(huì)減低膜的預(yù)張力，嚴(yán)重的話會(huì)造成膜喪失預(yù)張力導(dǎo)致失穩(wěn)。有可能的話，在結(jié)構(gòu)選形時(shí)要盡量避免產(chǎn)生積雪。也就是說，曲率設(shè)計(jì)切忌平緩，這在北方尤其重要。需要注意的是，積雪荷載通常是非均勻分布的，要視結(jié)構(gòu)的表面形狀作相應(yīng)的調(diào)整。
2.3剪裁分析
剪裁分析和下部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算構(gòu)成了后處理。結(jié)果顯示應(yīng)該能從各個(gè)方向顯示膜結(jié)構(gòu)的線框圖形和位移，并且能顯示其實(shí)體模型，此外顯示模塊還應(yīng)具有另一重要功能即應(yīng)力的可視化，如采用應(yīng)力彩色圖和應(yīng)力數(shù)值標(biāo)注相結(jié)合的方式顯示模結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，這樣就非常容易找到應(yīng)力異常區(qū)和褶皺區(qū)。
剪裁分析的方法有很多種，一般是在初始形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，利用不同的離散方法進(jìn)行擬合。常用的方法如動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，把空間任意曲面近似展成平面，即基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的基本思想，把空間任意曲面劃分成有限個(gè)相鄰的條塊（稱之為條元），依次藕聯(lián)計(jì)算出每一條元的展開形狀，便可得到整個(gè)曲面的展開；應(yīng)用單值變換把空間曲面近似展成平面；有根據(jù)測(cè)地線的原理，應(yīng)用廣義泛函變分取極值，得到膜結(jié)構(gòu)曲面上的測(cè)地線，然后依據(jù)測(cè)地線計(jì)算裁剪線，生成裁剪圖。
剪裁分析的功能主要生成考慮由初始預(yù)應(yīng)力引起的經(jīng)、緯方向伸長(zhǎng)和連接影響的剪裁下料圖和DXF等格式能被普通計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)接受的數(shù)據(jù)文件，以便據(jù)此利用人工和計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)進(jìn)行膜材的剪裁操作。
2.4下部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算
對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算通常有兩種方法，一種是將上部索膜結(jié)構(gòu)和下部支撐結(jié)構(gòu)分開分析，在下部結(jié)構(gòu)模型上蓋上輕型屋面板，輕型屋面板作為恒荷載，應(yīng)用荷載傳遞的原理，將荷載作用下產(chǎn)生的支座反力作為荷載施加在下部結(jié)構(gòu)上，再進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，這種方法適用于支撐結(jié)構(gòu)剛度較大，控制點(diǎn)位移較小的情況下，分析效率較高，同時(shí)復(fù)雜程度大大降低。
第二種是將找形后的索膜屋面與下部結(jié)構(gòu)組成一體，用非線形有限元方法分析結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下的位移、支座反力及內(nèi)力等，此方法適用于支撐結(jié)構(gòu)較柔，在外荷載的作用下會(huì)發(fā)生較大的變形，在迭代計(jì)算過程中，索膜結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相互作用，并且在相互作用下協(xié)同變化。
3、結(jié)語
索膜結(jié)構(gòu)挑蓬的設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其分析計(jì)算需要有一定的數(shù)學(xué)、力學(xué)和工程學(xué)基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、軟件水平的提高，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為索膜結(jié)構(gòu)挑蓬設(shè)計(jì)的根本保證。雖然有多種分析理論被提出來，并運(yùn)用于索膜結(jié)構(gòu)的分析。但不論采用那種理論，其設(shè)計(jì)步驟都是相同的。
參考文獻(xiàn)
[1] 嚴(yán)慧，夏循.我國(guó)內(nèi)地膜結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用與發(fā)展前景[J].鋼結(jié)構(gòu)， 2004（2）： 4-5
膜結(jié)構(gòu)范文2
關(guān)鍵詞：膜結(jié)構(gòu)，減少膜面褶皺，措施
一、概述
膜結(jié)構(gòu)作為新的建筑形式在國(guó)際及國(guó)內(nèi)都得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。如體育設(shè)施有體育場(chǎng)、體育館、游泳館、健身中心、網(wǎng)球館、籃球館等；文化設(shè)施有展覽中心、劇場(chǎng)、會(huì)議廳、博物館、植物園、水族館等；交通設(shè)施有機(jī)場(chǎng)、火車站、公交車站、收費(fèi)站、碼頭、加油站、天橋連廊等；商業(yè)設(shè)施有商場(chǎng)、購物中心、酒店、餐廳、商店門頭（挑檐）、商業(yè)街等；工業(yè)設(shè)施有工廠、倉庫、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等；景觀設(shè)施有建筑入口、標(biāo)志性小品、步行街、停車場(chǎng)等。
膜結(jié)構(gòu)之所以能在諸多領(lǐng)域均得到應(yīng)用，主要?dú)w功于膜結(jié)構(gòu)本身的建筑特點(diǎn)。膜結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)形式分為骨架式膜結(jié)構(gòu)，張拉式膜結(jié)構(gòu)，充氣式膜結(jié)構(gòu)，無論哪種形式，其構(gòu)造均能做到不拘一格。膜結(jié)構(gòu)單體根據(jù)周邊環(huán)境及建筑要求，可做成花瓣?duì)睢w燕狀、燈塔狀、氣泡狀等不同樣式。在陽光的照射下，由膜覆蓋的建筑物內(nèi)部充滿自然漫射光，無強(qiáng)反差的著光面與陰影的區(qū)分，室內(nèi)的空間視覺環(huán)境開闊和諧。夜晚，建筑物內(nèi)的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，使建筑物的體型顯現(xiàn)出夢(mèng)幻般的效果。
然而，我們經(jīng)常能遇到施工完成的膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膜面褶皺的情況，嚴(yán)重影響了膜結(jié)構(gòu)的美觀。下面就膜結(jié)構(gòu)選材、施工等方面著手分析，提出減少膜結(jié)構(gòu)膜面褶皺的幾點(diǎn)建議：
二、從選材方面減少膜面褶皺
材料制作原料不同決定材料的性質(zhì)不同，我們?cè)谠O(shè)計(jì)方案的時(shí)候就需要考慮選取材料的力學(xué)性能，使材料達(dá)到設(shè)計(jì)要求而不至于使結(jié)構(gòu)變形或破損。
1、PTFE膜材是在超細(xì)玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優(yōu)良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。但由于玻璃纖維基材具有脆性，濕、熱環(huán)境對(duì)其力學(xué)性能有一定的影響，在拉力和紫外線的作用下會(huì)有較大徐變，容易形成膜面褶皺，所以，選擇PTEF玻璃纖維膜材一般在室內(nèi)或者環(huán)境適宜的情況下采用。
2、PVC建筑膜材開發(fā)和應(yīng)用得比較早，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點(diǎn)上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會(huì)太厚，達(dá)到使用要求即可。PVC本身不耐老化，多用于臨時(shí)建筑。
3、ETFE建筑膜材由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性，而且機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好。近年來，ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景。這種膜材透光性特別好，號(hào)稱“軟玻璃”，質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，熔融溫度高達(dá)200℃；可有效的利用自然光，節(jié)約能源，有良好的聲學(xué)性能。ETFE膜材可用于各類建筑膜結(jié)構(gòu)。
三、從結(jié)構(gòu)加工方面減少膜面褶皺
結(jié)構(gòu)加工主要分為支撐結(jié)構(gòu)加工和膜面的加工。支撐結(jié)構(gòu)一般為鋼結(jié)構(gòu)，其加工步驟為：下料—按圖放樣—制作胎具—設(shè)備彎曲—組拼弧管—確定分段處—按節(jié)點(diǎn)點(diǎn)固支桿—施焊A面—檢查焊縫質(zhì)量—按段翻身—施焊B面—檢查焊縫質(zhì)量—工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝—涂刷面漆—檢查焊縫質(zhì)量。
1、從鋼結(jié)構(gòu)加工方面減少膜面褶皺
下料：材料經(jīng)拋丸除銹后在相貫切割機(jī)上下料，并清理切口處腐渣，準(zhǔn)備拼接使用。切割后的桿件均要有坡口。對(duì)加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)處的材料，除按長(zhǎng)度切割外，延軸線方向切開，以便于安裝。
放樣：放樣要嚴(yán)格按圖紙進(jìn)行，放樣時(shí)應(yīng)給予注意。注意，放樣是在已準(zhǔn)備的胎具基面上進(jìn)行。
胎具準(zhǔn)備：胎具由T=16mm厚的鋼板組成，寬度與鋼管寬度相配，為節(jié)約鋼板，兩行鋼板可用槽鋼支撐連為一體。組拼弧管要求鋼管管徑足夠大，壁厚有12mm、10mm等。組拼處的焊縫質(zhì)量為一級(jí)，焊縫鈍邊間隙為2--4 mm，坡口角度為40度，對(duì)接處不論等截面還是變截面均要襯管。施焊時(shí)要嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行。每焊一道都要把焊道清理干凈，以確保一級(jí)焊縫質(zhì)量。
點(diǎn)固焊：點(diǎn)固支管前，把放樣的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到上下弦桿的表面，并按桿件的編號(hào)進(jìn)行點(diǎn)固。點(diǎn)固焊一般是從中間向兩端擴(kuò)展。點(diǎn)固焊間距在50～100 mm左右，焊點(diǎn)長(zhǎng)度為30 mm。
焊接：焊接時(shí)要嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范執(zhí)行。相貫處和對(duì)接處打底應(yīng)盡量選用CO2氣體保護(hù)焊，面層可選用手工焊。
焊縫檢查：所有對(duì)接焊縫按一級(jí)焊縫進(jìn)行檢查，要求開坡口的角焊縫也要進(jìn)行檢查，檢查時(shí)除檢查焊縫外觀外，還要進(jìn)行超聲波檢查，如發(fā)現(xiàn)焊縫不合格，應(yīng)進(jìn)行返修。
工地拼接：工地拼接時(shí)拼接處要加襯管，并要通過支撐使整個(gè)桁架找平，借助手拉葫蘆等工具使焊縫處符合圖紙要求后再進(jìn)行點(diǎn)固焊，然后正式施焊。支撐要有一定高度，以便于全方位焊接。
2、從膜面加工方面減少膜面褶皺
技術(shù)準(zhǔn)備：收集技術(shù)資料，設(shè)計(jì)膜的裁剪加工工藝生產(chǎn)流圖。
生產(chǎn)準(zhǔn)備：根據(jù)工程材料表編制采購計(jì)劃，生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，采購來的原材料必須有產(chǎn)品合格證，并經(jīng)質(zhì)驗(yàn)部門對(duì)原材料抽樣復(fù)驗(yàn)，確認(rèn)合格后方可投入生產(chǎn)制作及施工，由于膜材料為進(jìn)口材料所以此項(xiàng)工作所需的時(shí)間比較長(zhǎng)。
生產(chǎn)制作：嚴(yán)格按計(jì)算機(jī)提供的切割模型完成，并考慮膜材料的雙向拉伸性,膜的裁剪和復(fù)合處理，應(yīng)保證材料的均勻性和無殘缺,膜的搭接要保證高頻焊接的尺寸以保證其拉伸強(qiáng)度，搭接時(shí)要注意加筋補(bǔ)強(qiáng)。
3、從索具加工方面減少膜面褶皺
技術(shù)準(zhǔn)備：收集技術(shù)資料，算出索具的加工下料長(zhǎng)度及編制出其加工工藝過程。
生產(chǎn)準(zhǔn)備：根據(jù)工程材料編制采購計(jì)劃，生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，采購來的原材料必須有產(chǎn)品合格證，并經(jīng)質(zhì)檢部門對(duì)原材料抽樣復(fù)驗(yàn)。
試驗(yàn)檢測(cè)：生產(chǎn)加工前應(yīng)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)，測(cè)試其是否有穩(wěn)定的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，并符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以掌握材料的性能。
生產(chǎn)加工：索具的加工要保證其精度要求，即在制作前應(yīng)試行初次拉伸，保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求，加工完畢后也要試?yán)员ＷC質(zhì)量要求。
四、從結(jié)構(gòu)安裝減少膜面褶皺
結(jié)構(gòu)安裝主要為支撐結(jié)構(gòu)的安裝和膜面的安裝，安裝步驟為：校驗(yàn)鋼架尺寸—焊接連結(jié)件—地面展膜連接配件—反疊膜片—吊裝—打開膜片—張拉—定位—調(diào)整。
1、校驗(yàn)鋼架尺寸：檢查現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器設(shè)備是否安全，檢查鋼結(jié)構(gòu)上的中心楔眼是否與膜布的模型相吻合。
2、焊接連結(jié)件：焊接連接件，并清理焊渣，打磨焊瘤。
3、地面展膜連接配件：把膜布打開放在清潔的防潮布上，把膜對(duì)折在半個(gè)縱帶上，然后夾住膜布使其成自由狀，膜材臨時(shí)就位，保證所有的調(diào)整都有利，把索系在較低的底部，以保證繩索系索具的末端，插入邊緣繩索，與膜布相配合，把繩索系在膜布的角上，把繩索系在較高點(diǎn)的一頭，讓這些繩索超過膜布，使鋼結(jié)構(gòu)上的插銷與膜布上的金屬板相配合，檢查所有的插銷是否達(dá)到了設(shè)計(jì)上的要求，檢查所有的支索、設(shè)備及附件是否爪確。
4、鋪膜：將膜吊至鋪裝位置，用索扣固定牢固，保持織物的松持狀態(tài)，將松散的膜和脊索分別拉至四周的接點(diǎn)處，連接四周的接點(diǎn)板并安裝索扣將其固定牢固。注意膜保持在松持的狀態(tài)。
5、拉定位：檢查接觸表面、所有的鋼膜結(jié)構(gòu)部位是否連接牢固，將膜鋪至指定位置，同時(shí)注意配合協(xié)調(diào)，保持其穩(wěn)定性，完畢后，用索扣將其牢固固定，最后戴上壓條。
6、調(diào)整：安裝就位后調(diào)整。
膜結(jié)構(gòu)范文3
關(guān)鍵詞：膜結(jié)構(gòu)；膜材；建筑
Abstract: the membrane structure is a structure of newly developed a kind of form. After decades of development, membrane structure has become a main scheme of structure design, type selection, and gradually applied to the gym, shopping mall, exhibition center, traffic service facilities such as the construction of large span.
Key words: membrane structure; Membrane material; building
中圖分類號(hào)：F407.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2013）
膜結(jié)構(gòu)是一種以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將面繃緊，從而形成的具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。
1膜結(jié)構(gòu)概述
1．1 膜材
膜結(jié)構(gòu)能大量推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)是材料問題的解決，其應(yīng)用的高強(qiáng)度柔韌薄膜稱膜材。現(xiàn)階段主要應(yīng)用的兩種膜材涂敷聚四氟乙烯（PTFE）的玻璃纖維織物和涂敷聚氯乙烯（PVC）的聚脂織物具有質(zhì)地柔韌、厚度小、重量輕、透光性好等特點(diǎn)，對(duì)自然光吸收和透射能力、阻燃，具有良好的耐久、防火、氣密等特性；表面經(jīng)過氟素處理或二氧化鈦處理的膜材料抗老化性能好，具有較高的自清潔性能。
1．2 膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
建筑造型優(yōu)美：膜結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)之一就是它形狀的多樣性，新穎美觀的曲面造型，簡(jiǎn)潔明快，且色彩豐富，打破了純直線建筑風(fēng)格的模式，給人以耳目一新的感覺。
適合覆蓋大跨度空間：膜材料每平方壹公斤左右，由于自重輕，加上鋼索、鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度材料的采用，與受力體系簡(jiǎn)潔合理，使膜建筑可以不需要內(nèi)部支撐面大跨度覆蓋空間，這使人們可以更靈活地設(shè)計(jì)和使用建筑空間。
造價(jià)低，工期短：膜建筑屋面重量?jī)H為常規(guī)鋼屋面的 1/30，這就降低了墻體和基礎(chǔ)的造價(jià)。同時(shí)由于膜建筑奇特的造型和外觀效果使其價(jià)格效益比更高。膜工程中所有加工和制作依設(shè)計(jì)均可在工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場(chǎng)只需組裝，施工簡(jiǎn)便，相比傳統(tǒng)建筑的施工周期，它幾乎要快一倍。
節(jié)能環(huán)保：膜材有較高的反射性及較低的光吸收低，并且熱傳導(dǎo)性較低，對(duì)太陽熱能可反射掉70%，膜材本身吸收了17%，傳熱13%，而透光率卻在20%以上，保證了適當(dāng)?shù)淖匀宦⑸涔庹彰魇覂?nèi)。具有良好的環(huán)保性、透光性、節(jié)能性。
2膜結(jié)構(gòu)的歷史
第一座真正意義上的膜結(jié)構(gòu)建成于1946年，設(shè)計(jì)者為美國(guó)的沃爾特•勃德，這是一座直徑為15的充氣穹頂。1967年在德國(guó)斯圖加特召開的第一屆國(guó)際充氣結(jié)構(gòu)會(huì)議，無疑給充氣膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)在1970年大阪世界博覽會(huì)上。其中具有代表性的有蓋格爾設(shè)計(jì)的美國(guó)館（137m×7m8卵形），以及川口衛(wèi)設(shè)計(jì)的香腸形充氣構(gòu)件膜結(jié)構(gòu)。后來人們認(rèn)為70年大阪博覽會(huì)是把膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地、商業(yè)性地向外界介紹的開始。大阪博覽會(huì)展示了人們可以用膜結(jié)構(gòu)建造永久性建筑。而70年代初美國(guó)蓋格爾-勃格公司開發(fā)出的符合美國(guó)永久建筑規(guī)范的特氟隆膜材料為膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于永久、半永久性建筑奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。之后，用特氟隆材料做成的室內(nèi)充氣式膜結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)在大中型體育館中，1975年在美國(guó)密執(zhí)安州龐提亞克興建了平面尺寸243.9X183m的銀色穹頂，這是第一次將氣承式膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用于永久性的大型體育館。其后在北美地區(qū)，類似的膜結(jié)構(gòu)就建了9座，其中象美國(guó)的明尼阿波利斯和加拿大的溫哥華均位于北方地區(qū)。雖然象這樣的充氣結(jié)構(gòu)也發(fā)生過幾次不愉快的坍塌事故，但是膜結(jié)構(gòu)終于登堂入室，進(jìn)入永久性建筑的行列。
3膜結(jié)構(gòu)的前景
從多年國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，膜結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的生命力，必將是21世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流。預(yù)計(jì)最能發(fā)揮膜結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用領(lǐng)域有：
1.需要自然采光的公共建筑，如體育館、訓(xùn)練房、展覽廳等。
2.輕而而美觀的膜結(jié)構(gòu)用于敞開或半敞開建筑物的遮蔽屋蓋尤為適宜。
3.各種類型的生產(chǎn)廠房與倉庫，其尺寸都比較規(guī)則，因而可有用膜結(jié)構(gòu)并加以定型化、商品化。這種建筑有運(yùn)輸、拆裝方便的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于緊急救災(zāi)或?yàn)?zāi)后重建也十分有用。
4.在改造原有建筑物時(shí)，膜結(jié)構(gòu)的自重輕是很大的優(yōu)點(diǎn)，可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的屋蓋。
4膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
現(xiàn)在膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有許多方法， 但仍存在許多問題需要解決和研究。比如膜建筑的隔振問題、內(nèi)部環(huán)境問題、屋頂膜材的融雪問題、隔熱問題等。還有應(yīng)將現(xiàn)在的計(jì)算理論與計(jì)算機(jī)相結(jié)合并開發(fā)相應(yīng)的軟件。在設(shè)計(jì)過程中，建筑師和結(jié)構(gòu)工程師要坐在一起確定建筑物的形狀，并進(jìn)行必要的計(jì)算分析。這時(shí)，所設(shè)計(jì)建筑物的平面形狀、立面要求、支點(diǎn)設(shè)置、材料類型和預(yù)應(yīng)力大小都將成為互相制約的因素，一個(gè)完美的設(shè)計(jì)也就是上述矛盾統(tǒng)一的結(jié)果。因此，要保證結(jié)構(gòu)的最終成形與設(shè)計(jì)相一致，除了在設(shè)計(jì)時(shí)更仔細(xì)之外，還應(yīng)保證各部門配合更為協(xié)調(diào)一致外。
同時(shí)，膜結(jié)構(gòu)施工過程中也遇到一些問題。在膜結(jié)構(gòu)中，膜材預(yù)張力是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的一個(gè)重要因素。在施工現(xiàn)場(chǎng)為了得到設(shè)計(jì)的平衡狀態(tài)和形狀， 在張拉膜片的過程中，必須把設(shè)計(jì)預(yù)定的膜張力精確地施加到膜材中。這就要求施工人員能隨時(shí)測(cè)量、調(diào)整膜張力, 避免出現(xiàn)應(yīng)力松弛區(qū)域和應(yīng)力集中區(qū)域，避免張力過大引起膜材撕裂。另外，膜結(jié)構(gòu)中膜材的一個(gè)特性是其張力會(huì)隨時(shí)間發(fā)生松弛。如果膜材發(fā)生松弛, 就會(huì)導(dǎo)致膜面下垂。在風(fēng)荷載作用下發(fā)生抖顫。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，需要測(cè)量膜材中的實(shí)際應(yīng)力，以確定松弛造成的膜張力減退, 再根據(jù)測(cè)量結(jié)果施加、調(diào)整膜張力。第一個(gè)現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)建成至今已有好幾十年了，因此大量已建成的膜結(jié)構(gòu)需要定期進(jìn)行膜張力松弛檢測(cè)。為了使膜結(jié)構(gòu)成為一種現(xiàn)代技術(shù), 有必要定量地評(píng)測(cè)薄膜預(yù)張力。所以，研究膜張力的一些檢測(cè)手段成了當(dāng)務(wù)之急。
結(jié)語
隨著膜結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信越來越多的膜結(jié)構(gòu)工程會(huì)出現(xiàn)在我們身邊。解決其在設(shè)計(jì)和施工中遇到的問題也成為我們下一階段研究的主要任務(wù)之一。隨著奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)在中國(guó)的舉辦，膜結(jié)構(gòu)建筑也呈現(xiàn)出一派欣欣向榮之象。這正是我國(guó)突破現(xiàn)狀的良機(jī)，不久的將來，膜結(jié)構(gòu)一定會(huì)在我國(guó)得到夠好的發(fā)展和應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
膜結(jié)構(gòu)范文4
引 言
作為平衡手段，貯氣環(huán)節(jié)在沼氣工程中異常重要。 目前農(nóng)村戶用型沼氣池多為水壓式結(jié)構(gòu)，通過沼氣池內(nèi)發(fā)酵液排出和返回實(shí)現(xiàn)用氣的調(diào)節(jié)，不需要專門的儲(chǔ)氣設(shè)備。規(guī)模化沼氣工程中常采用濕式浮罩貯氣柜或鋼制高壓貯氣罐貯氣。水壓式沼氣池的簡(jiǎn)單儲(chǔ)氣方式造成沼氣壓力波動(dòng)大、發(fā)酵池?zé)o效空間大、沼氣大量溢散等問題（可占總產(chǎn)氣量30%～40%）。鋼制浮罩和鋼絲網(wǎng)浮罩儲(chǔ)氣裝置都存在制作工藝難、使用時(shí)間短、代價(jià)高等問題，且在冬季時(shí)使用受到限制。高壓儲(chǔ)氣對(duì)于地面資源有限和沼氣長(zhǎng)期儲(chǔ)存非常有利，但是對(duì)于一般農(nóng)村沼氣工程而言價(jià)格昂貴且動(dòng)力控制要求高，制約了其在農(nóng)村的應(yīng)用。
本文提供了一種恒壓柔性沼氣貯氣裝置，該產(chǎn)品和工藝獲國(guó)家發(fā)明專利，其在戶用型和規(guī)模化沼氣工程中都適用，成本低，運(yùn)輸和安裝方便，四季穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)不需要外部動(dòng)力。
1 技術(shù)內(nèi)容
恒壓柔性沼氣貯氣裝置包括一個(gè)由高分子復(fù)合柔性膜材料加工的可伸縮性低壓恒壓柔性貯氣囊和一套具有靈活機(jī)械裝置的輕型鋼結(jié)構(gòu)的配重導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，并輔助維護(hù)結(jié)構(gòu)用于囊體保護(hù)。
（1）平行多夾層囊腔的增強(qiáng)膜結(jié)構(gòu)氣囊
氣囊是由上下多個(gè)平行相通的囊腔共同構(gòu)成，充滿氣體時(shí)呈上下垂直疊加多囊腔狀態(tài)，未充氣或放完氣體后呈偏平多膜層上下垂直疊加狀態(tài)，在充氣和放氣過程中，囊體能夠像彈簧一樣上下伸縮（見圖1）。可以看出該結(jié)構(gòu)保證囊體使用時(shí)不產(chǎn)生扭曲變形，減少因扭曲引起的材料疲勞破損；一體化多囊腔，囊腔之間不會(huì)相互滑動(dòng)，運(yùn)行穩(wěn)定。囊體為高分子復(fù)合增強(qiáng)膜結(jié)構(gòu)，而不是普通的塑料膜，確保囊體的使用壽命。
（2）內(nèi)力自調(diào)節(jié)配重導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
配重導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是由分布于四角的導(dǎo)向桿框架以及位于氣囊頂部的配重板組成，配重板通過位于四角的導(dǎo)向輪受導(dǎo)向桿制約（見圖2）。導(dǎo)向桿框架和配重板都是輕型鋼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向輪具有內(nèi)力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)基于科學(xué)的內(nèi)力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)氣囊使用中配重的平穩(wěn)升降，確保氣壓的穩(wěn)定。
在以上導(dǎo)向配重的制約下，儲(chǔ)氣和用氣過程中氣體經(jīng)氣嘴流入或流出氣囊， 通過中間隔膜上的中心孔在各夾層之間串通。囊體在充氣時(shí)呈上下垂直疊加的多囊腔狀態(tài)，未充氣或放完氣體后呈偏平的多膜層上下垂直疊加狀態(tài)，在充氣和放氣過程中，囊體能夠像彈簧一樣上下伸縮，囊內(nèi)氣壓在配重設(shè)備的作用下保持相對(duì)恒定，并且不產(chǎn)生扭曲變形，囊腔之間不會(huì)相互滑動(dòng)。此外，由于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的制約，囊體同樣不會(huì)傾斜（見圖3）。
2 與傳統(tǒng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較
與傳統(tǒng)技術(shù)比較，恒壓柔性沼氣貯氣裝置具有明顯優(yōu)勢(shì)。 該裝置應(yīng)用于戶用沼氣池，可以做到：（1）增強(qiáng)發(fā)酵池有效容積，提高產(chǎn)氣效率；（2）保證供氣壓力平衡，有利于沼氣使用和沼氣池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；（3）杜絕由于頻繁水壓活動(dòng)隨置換液引發(fā)的氣體泄漏，進(jìn)而間接增加產(chǎn)氣率高達(dá)33%～50%。
用于規(guī)模沼氣工程可以做到：（1）用戶直接購買， 安裝技術(shù)要求不高；（2）運(yùn)行不受季節(jié)和地區(qū)限制，能夠在不同地區(qū)實(shí)現(xiàn)四季穩(wěn)定運(yùn)行；（3）在不充氣條件下，本產(chǎn)品可以折疊包裝，體積小、重量輕、便于運(yùn)輸；（4）在因廠址搬遷等條件下，可以靈活轉(zhuǎn)移再安裝應(yīng)用（具體見表1和表2）。
3 裝置技術(shù)與沼氣裝備產(chǎn)業(yè)化
（1）促進(jìn)沼氣工程裝備化、產(chǎn)業(yè)化
目前，國(guó)內(nèi)外沼氣工程普遍采用的材料是常規(guī)建筑材料，如磚、石和混凝土等，就地建造。這類沼氣池技術(shù)要求高，特別是密封工藝，技術(shù)非常復(fù)雜，需要專業(yè)人員施工，質(zhì)量可變性因素較大。常規(guī)建筑材料質(zhì)量大，密封黏結(jié)材料自身的凝固期長(zhǎng)，建設(shè)所需勞動(dòng)強(qiáng)度大，且建設(shè)周期長(zhǎng)。尤其在偏遠(yuǎn)地區(qū)和山區(qū)，由于交通問題，材料很難運(yùn)輸，建設(shè)起來更有難度。
本裝置可以工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)質(zhì)量可靠，現(xiàn)場(chǎng)安裝操作簡(jiǎn)便， 根本扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)產(chǎn)品在技術(shù)上的缺陷，實(shí)現(xiàn)了沼氣工程的裝備化，使沼氣技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣成為可能，并且可以增強(qiáng)其在國(guó)際市場(chǎng)的占有能力。
（2）裝備自身實(shí)現(xiàn)可回收
膜結(jié)構(gòu)范文5
關(guān)鍵詞：張拉膜結(jié)構(gòu)，彈性支承，協(xié)同找形分析
Abstract：Whether to consider cooperative form-finding analysis of tension membrane structure with elastic support, which is one of difficulties in designing cable-membrane structure. According to the simple examples and project in practice, to comparative analysis the necessity of cooperative form-finding analysis, some conclusions are given as a reference for designers.
Keyword：Tension membrane structure; Elastic supporting; Cooperative Form-finding Analysis;
中圖分類號(hào)：F121.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：
在《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1] CECS 158:2004中規(guī)定：“對(duì)于可能產(chǎn)生較大位移的支承點(diǎn)，在計(jì)算中應(yīng)考慮支座位移的影響，或與支承結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行整體分析”。因此，研究支承式膜結(jié)構(gòu)找形過程中支承結(jié)構(gòu)與膜結(jié)構(gòu)之間的相互協(xié)調(diào)作用的問題，具體十分重要意義。
1、彈性構(gòu)件支承的張拉膜結(jié)構(gòu)邊界常見處理方法
彈性構(gòu)件支承的張拉膜結(jié)構(gòu)在找形分析階段，對(duì)邊界支承點(diǎn)的處理方法主要有以下兩種：
（1）將膜結(jié)構(gòu)邊界支承點(diǎn)看成固定點(diǎn)，不考慮下部支承體系變形對(duì)膜結(jié)構(gòu)初始形態(tài)的影響。由于沒有考慮外部支承結(jié)構(gòu)變形對(duì)索膜預(yù)應(yīng)力態(tài)的影響，可能導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的誤差，特別是作為支承體系的索桿結(jié)構(gòu)較柔性時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)剛安裝完畢就出現(xiàn)膜褶皺現(xiàn)象的發(fā)生。
（2）將膜結(jié)構(gòu)和支承體系分離，通過公共節(jié)點(diǎn)的位移協(xié)調(diào)完成膜結(jié)構(gòu)的找形分析。其設(shè)計(jì)過程如下：首先將膜結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)看成固定點(diǎn)進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)找形分析；然后把得到的支座反力傳給支承體系，進(jìn)行索桿結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算；然后根據(jù)支承體系的位移計(jì)算結(jié)果，對(duì)膜結(jié)構(gòu)邊界進(jìn)行調(diào)整，然后再次對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行找形，再把得到的支座反力傳給下部支承體系。經(jīng)過幾次反復(fù)調(diào)整，得到較為理想的索桿膜結(jié)構(gòu)形態(tài)。這種設(shè)計(jì)分析方法，雖然考慮了下部支承體系變形對(duì)膜結(jié)構(gòu)找形分析的影響，理論上解決了膜結(jié)構(gòu)褶皺問題，但是該方法找形效率比較低，需要人工反復(fù)修改支承條件，效率較低。
2、張拉膜協(xié)同找形的比較分析
目前，對(duì)于索桿與梁柱混合支承的張拉膜協(xié)同找形分析的文獻(xiàn)不多，筆者曾對(duì)基于力密度法的索桿梁膜協(xié)同找形[2]進(jìn)行過初步探索。本文在此基礎(chǔ)上，通過通用有限元分析軟件ANSYS、文獻(xiàn)[2]編寫的MFFAP程序及其他膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，對(duì)簡(jiǎn)單算例及實(shí)際工程進(jìn)行計(jì)算比較，得出一些可供參考的結(jié)論。
2.1 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要參數(shù)的選取
在膜結(jié)構(gòu)工程中，張拉膜曲率一般1/8～1/20，膜材的預(yù)應(yīng)力水平一般為破壞應(yīng)力的1%～5%，工作應(yīng)力不大于破壞應(yīng)力的15%，A類膜（PTFE/GF），玻璃纖維織物膜無支承凈跨度一般不大于20～25m，經(jīng)緯向預(yù)張力一般為4～8kN/m；C類膜（PVC/PES），聚酯類織物膜無支承凈跨度一般不大于15～20m，經(jīng)緯向預(yù)張力一般為1～4kN/m。為便于制作安裝和結(jié)構(gòu)受力，張拉膜曲面面積一般應(yīng)小于500～1000m2。膜結(jié)構(gòu)的邊緣索曲率一般1/8～1/12，特殊情況可1/5～1/15。張拉索應(yīng)力一般為55%的屈服應(yīng)力[4]。
2.2 算例1柱支承張拉膜結(jié)構(gòu)找形計(jì)算
一個(gè)柱支承的馬鞍形張拉膜結(jié)構(gòu)，膜支承點(diǎn)坐標(biāo)為（-5，0，4）、（0，5，0）、（5，0，4）、（0，-5，0），膜面經(jīng)緯向初始預(yù)張力，膜柔性邊索初始預(yù)張力均為30kN。鋼柱高4m，采用Q235B圓鋼管，取不同截面數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算：Case 1：P200×10；Case 2：P250×10；Case 3：P300×10；Case 4：P350×10；Case 5：P400×10；Case 6：P600×10；為對(duì)比計(jì)算結(jié)果，Case 7：不考慮位移協(xié)同進(jìn)行找形分析。
圖2-1-1為MFFAP程序?qū)Γ–ase 1）找形后的平衡形態(tài)，其他各種情況與此相同，只是在柱膜公共節(jié)點(diǎn)處的位移有一些差別。圖2-1-2所示為ANSYS程序?qū)Γ–ase 1）找形后平衡形態(tài)。在ANSYS中，膜采用shell41單元模擬，并通過降溫法對(duì)膜施加預(yù)張力；索采用link10單元模擬，通過改變單元實(shí)常數(shù)中的初始應(yīng)變對(duì)索施加預(yù)應(yīng)力；支承柱采用beam189單元模擬。圖2-1-3給出了考察點(diǎn)在各種情況下的節(jié)點(diǎn)位移變化曲線。
由圖2-1-3可知：在考慮位移協(xié)同的情況下，隨著鋼柱抗彎剛度逐漸增大，支承柱自由端節(jié)點(diǎn)的位移越來越小，但張拉膜結(jié)構(gòu)對(duì)支承點(diǎn)的作用力卻越來越大，當(dāng)鋼柱的抗彎剛度足夠大的時(shí)候（如case6），考慮柱與索膜協(xié)同找形的情況下，柱自由端的節(jié)點(diǎn)位移趨于零，但此時(shí)柱底彎矩最大。
由此可知：對(duì)柱支承的張拉膜結(jié)構(gòu)，相對(duì)于柱與膜協(xié)同找形模型，柱與膜分離找形模型計(jì)算出的支座反力更大，因此按此分析模型設(shè)計(jì)的支承鋼結(jié)構(gòu)是偏于安全的，但是，膜實(shí)際張拉成形后由于索膜預(yù)張力的作用，鋼結(jié)構(gòu)支承體系會(huì)發(fā)生變形，在這種真實(shí)受力狀態(tài)下，索膜的預(yù)張力往往達(dá)不到設(shè)計(jì)所要求的應(yīng)力狀態(tài)，即分離模型實(shí)際上高估了膜的初應(yīng)力水平。
圖2-1-1 MFFAP程序?qū)λ憷?的找形分析結(jié)果
圖2-1-2 ANSYS程序?qū)λ憷?的找形分析結(jié)果
圖2-1-3考察點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位移對(duì)比(m)
2.3 算例2鋼桁架支承張拉膜結(jié)構(gòu)找形計(jì)算
某停車場(chǎng)遮陽雨棚，采用彈性構(gòu)件支承膜結(jié)構(gòu)。本工程膜結(jié)構(gòu)采用PTFE膜材，鋼材采用Q345B，懸挑桿件截面P194×12，其余桿件截面P152X10。膜材的初張力為3kN/m，索預(yù)拉力值30kN。分別按照協(xié)同找形、非協(xié)同找形進(jìn)行找形分析，考察鋼構(gòu)件和膜材交接點(diǎn)（圖2-2-1考察點(diǎn)位置）的位移以及鋼構(gòu)件的受力狀態(tài)。
由于“非協(xié)同找形”認(rèn)為膜結(jié)構(gòu)支座為不動(dòng)點(diǎn)，故考察點(diǎn)位置位移為0mm；按協(xié)同找形的方法，考察點(diǎn)位置的最大位移為24.6mm。為對(duì)比計(jì)算結(jié)果，在懸挑端部增設(shè)用于平衡膜邊索預(yù)拉力的水平壓桿，重新進(jìn)行協(xié)同找形分析，此時(shí)考察點(diǎn)的最大位移僅為4.3mm。對(duì)比“非協(xié)同找形”和“協(xié)同找形”的支承構(gòu)件的內(nèi)力，“非協(xié)同找形”的桿件應(yīng)力比 “協(xié)同找形”相同位置處桿件的應(yīng)力大。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：（1）膜初始態(tài)下膜初張力，采用非協(xié)同找形方法計(jì)算結(jié)果比實(shí)際值大。若按非協(xié)同找形方法確定的初始態(tài)進(jìn)行后續(xù)荷載分析、裁剪分析，按此設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，將導(dǎo)致膜材出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，風(fēng)荷載作用下膜材變形較大，膜材容易出現(xiàn)撕裂；（2）在膜結(jié)構(gòu)找形分析前，可將索膜預(yù)張力作用在鋼結(jié)構(gòu)上，初步估算支承膜邊界的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的位移，根據(jù)此結(jié)果可初步判斷進(jìn)行協(xié)同找形的必要性。（3）按“非協(xié)同找形”方法對(duì)支承鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)偏于安全的。
圖2-2-1 找形分析后膜結(jié)構(gòu)初始態(tài)
圖2-2-2找形分析后懸挑端局部變形圖
3、本文結(jié)論
本文針對(duì)彈性支承構(gòu)件與膜結(jié)構(gòu)的協(xié)同找形的必要性，根據(jù)自編程序、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件和通用有限元程序，結(jié)合工程實(shí)際，進(jìn)行了初步探討。根據(jù)本文的計(jì)算結(jié)果，初步得到以下結(jié)論：
對(duì)于柱支承或鋼結(jié)構(gòu)骨架支承的張拉膜結(jié)構(gòu)，按非協(xié)同找形分析結(jié)果對(duì)支承鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)是偏于安全的。但是，膜實(shí)際張拉成形后，由于鋼結(jié)構(gòu)支承體系會(huì)發(fā)生變形，索膜的預(yù)張力往往達(dá)不到設(shè)計(jì)所要求的應(yīng)力狀態(tài)。因此，當(dāng)張拉膜的支承體系設(shè)計(jì)的比較纖細(xì)的時(shí)候，對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同分析是十分有必要的。
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膜結(jié)構(gòu)范文6
關(guān)鍵詞：大空間；建筑結(jié)構(gòu)；張拉膜結(jié)構(gòu)；受力特征；構(gòu)造體系
張拉膜結(jié)構(gòu)是當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目中一個(gè)全新的空間結(jié)構(gòu)體系，其伴隨科技的進(jìn)步施工日益成熟。這一結(jié)構(gòu)無論是從工程的施工工藝、材料特性、結(jié)構(gòu)受力特征哪一方面分析，與傳統(tǒng)的大空間覆蓋結(jié)構(gòu)體系逐漸都存在著明顯的區(qū)別。為此，在這里我們有必要對(duì)工程結(jié)構(gòu)的受力體系，受力特點(diǎn)和構(gòu)造情況進(jìn)行研究和分析。
一、張拉膜結(jié)構(gòu)概述
張拉膜結(jié)構(gòu)是目前建筑工程項(xiàng)目中較為常見的工程結(jié)構(gòu)之一，其在施工中是由穩(wěn)定性好、支撐桅桿體系可靠的施工優(yōu)勢(shì)。在目前的工程項(xiàng)目中，它主要是由抹面、支撐桅桿體系以及索結(jié)構(gòu)等多個(gè)環(huán)節(jié)組成的。
1.張拉膜結(jié)構(gòu)組成
張拉膜結(jié)構(gòu)是由表面膜布、基層共同組成的，其中膜布主要是化學(xué)纖維織物薄膜生產(chǎn)的，其又分為了基層化學(xué)纖維織物和外層化學(xué)纖維織物兩種。基層化學(xué)纖維織物主要是以玻璃纖維為主構(gòu)成的，它最大的作用在于決定著整個(gè)膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、材料的抗拉強(qiáng)度等；其中外層膜層主要是由有機(jī)硅樹脂組成的，它主要是用來解決材料半身存在的物理性質(zhì)，提高材料的耐火、防水以及耐久性的作用。一般來說，張拉膜結(jié)構(gòu)的整體性都是有膜布特性決定的，它既是結(jié)構(gòu)的主要原材料，也是工程結(jié)構(gòu)的主要維護(hù)材料，是一個(gè)將自由曲線的造型、透明質(zhì)感有機(jī)統(tǒng)一起來，然后進(jìn)行工作的結(jié)構(gòu)維護(hù)材料。
2、張拉膜結(jié)構(gòu)的作用
張拉膜結(jié)構(gòu)是依靠膜材自身的張拉應(yīng)力與支撐桿、拉索共同組成的一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，在陽光的照射下它可以反射出建筑結(jié)構(gòu)的陽光要求，是一個(gè)充滿著自然光，不存在任何強(qiáng)反差的著光面。同時(shí)，這一結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使得室內(nèi)空間視覺效果極為良好，有著開闊視野和和諧結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。在夜間，建筑物內(nèi)的燈光通過膜材結(jié)果投射到夜空中，從而使得建筑物體型美觀變的更加突出和明顯。在現(xiàn)代化建筑工程項(xiàng)目中，張拉膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用極為廣泛，特別是城市標(biāo)志性建筑結(jié)構(gòu)屋頂施工中，更為常見。
二、張拉膜結(jié)構(gòu)受力特征分析
膜結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代化建筑工程施工技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上形成的一種結(jié)構(gòu)形式，它以性能優(yōu)良為代表，以組織結(jié)構(gòu)科學(xué)為前提構(gòu)成的，是利用空氣壓力支撐膜面為基礎(chǔ)，或者是利用柔性鋼索、剛性支撐結(jié)構(gòu)將面層繃勁而形成的一種具備著一定剛度、能夠覆蓋大空間、大跨度、大開間結(jié)構(gòu)面的一種結(jié)構(gòu)體系。張拉膜結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代化建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用極為廣泛，已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型工作中的主要方案。
1、張拉膜結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性分析
膜布是一個(gè)由橫向、豎向相互交錯(cuò)的纖維織物組成的，由于纖維織物本身是一個(gè)柔性材料，是一個(gè)自身強(qiáng)度好且依靠著張拉力產(chǎn)生的剛度、穩(wěn)定性好的預(yù)應(yīng)力靜態(tài)結(jié)構(gòu)。為此其在應(yīng)用中存在著良好的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時(shí)膜布結(jié)構(gòu)在平衡狀態(tài)下存在著兩個(gè)突出的作用，一個(gè)是凸出，另外一個(gè)是凹下，而纖維股則剛好是一個(gè)方向上與這兩邊平行的模式，應(yīng)對(duì)這些問題在工作中必須要考慮其平衡狀態(tài)穩(wěn)定性要求。
2、張拉膜基本形態(tài)分析
張拉膜結(jié)構(gòu)由于膜受到張拉是一個(gè)空間受力狀態(tài)，其形態(tài)是空間上的自由曲面形態(tài)。這種形態(tài)在數(shù)學(xué)上定義是一個(gè)雙曲拋物面，從根本上改變了傳統(tǒng)建筑物基于壓力學(xué)原理上的空間、形態(tài)特征分布，是張拉作用下的一個(gè)直線型工作形態(tài)模式。自從1970年代以來， 膜結(jié)構(gòu)在國(guó)外已逐漸應(yīng)用于體育建筑、商場(chǎng)、展覽中心、交通服務(wù)設(shè)施等大跨度建筑中。 膜結(jié)構(gòu)已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型中的一個(gè)主要方案。成為化纖紡織品應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。近年來在中國(guó)建筑 結(jié)構(gòu)中也有長(zhǎng)足的進(jìn)展。
三、張拉膜結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造分析
張拉膜結(jié)構(gòu)體系的空間曲面的建筑屋面本身需要具備著良好的穩(wěn)定性基礎(chǔ)，同時(shí)要求能夠在外荷載的作用下具備優(yōu)異的結(jié)構(gòu)抵抗能力。張拉膜結(jié)構(gòu)體系是利用鋼索或骨架結(jié)構(gòu)懸掛或支撐膜布形成的空間結(jié)構(gòu)體系。其形式在不斷發(fā)展，根據(jù)膜布張拉方式不同，一般分為三類：（1）懸掛式膜結(jié)構(gòu)；（2）支撐式膜結(jié)構(gòu)；（3）懸索穹頂膜結(jié)構(gòu)。其強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的特點(diǎn)，決定界面的圍合方式。
1、懸掛式膜結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系
懸掛式膜結(jié)構(gòu)是人們從帳篷結(jié)構(gòu)得到啟示發(fā)展而來的，利用索網(wǎng)將膜布繃緊作為承重結(jié)構(gòu)，或是利用桅桿（支柱或壓桿）將鋼索和膜布張掛起來的構(gòu)造體系。懸掛式膜結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)特征為在脊索、谷索處和拉索之間均可以形成曲率相反的雙曲拋物面形態(tài)，形成完整而連續(xù)的空間結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)力學(xué)中，受拉優(yōu)于受壓，受壓優(yōu)于受彎。拉索充分張拉，支柱充分受壓，使材料的力學(xué)特性得以充分發(fā)揮，最大限度地利用了材料。
2、支撐式膜結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系
支撐式膜結(jié)構(gòu)以剛性支撐（拱、桁架、梁）為骨架，面材采用膜布，充分發(fā)揮了不同材料特性而形成的構(gòu)造體系。支撐膜結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)用了已經(jīng)成熟的大空間結(jié)構(gòu)技術(shù)，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，是一種膜材與傳統(tǒng)大空間結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。其具體的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在剛性張拉構(gòu)件之間膜布形成曲率相反的雙曲拋物面，形成相間的空間結(jié)構(gòu)單元。隨著技術(shù)、材料的發(fā)展，拱、桁架、梁的構(gòu)造方式也在發(fā)生變化，其中受拉的構(gòu)件，正漸漸被拉索取代。更充分地利用了材料，形成了更為輕盈的形體和空間。
3、懸索穹頂膜結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系
懸索穹頂膜結(jié)構(gòu)是近十年發(fā)展起來的適用于巨型體育場(chǎng)館的新型構(gòu)造體系。由連續(xù)的張拉鋼索和不連續(xù)的壓桿構(gòu)成，荷載從中心環(huán)通過放射狀的徑向脊索，環(huán)向拉箍、中間的對(duì)角線鋼索傳向周圈的受壓環(huán)梁，是一種結(jié)構(gòu)效率極高的全張拉體系，整體索穹頂除少數(shù)幾根壓桿外都處于受拉狀態(tài)。懸索穹頂膜結(jié)構(gòu)對(duì)膜布進(jìn)行張拉的力學(xué)原理是張力結(jié)構(gòu)。張力結(jié)構(gòu)是由拉索和壓桿組合成各種形態(tài)，索的拉力經(jīng)過一系列中介壓桿而轉(zhuǎn)變方向，使拉索與壓桿交織產(chǎn)生空間剛度。
四、結(jié)束語
大空間張拉膜結(jié)構(gòu)建筑是膜布、拉索和支撐體所形成的綜合體，整體結(jié)構(gòu)遵循膜結(jié)構(gòu)的受力特征，形成合理的構(gòu)造體系。作為一種大空間覆蓋體系，大空間張拉膜結(jié)構(gòu)具有廣泛的應(yīng)用前景。
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