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        膜結構怎么設計呢?膜結構的設計流程了解下!

        時間:2019-07-11 11:06:53 點擊:1026 次 來源:洛陽七色膜結構工程有限公司
          膜結構因為好看、經濟、安、適用廣并且工期還短的優點,被廣泛的應用。例如用膜結構停車棚來保護愛車,膜結構遮陽棚給夏日帶來抹陰涼,膜結構雨棚給雨中無助的你遮風擋雨。那么是怎么設計出這種實用且美觀的膜結構的呢? 請隨七色小編起來看看膜結構的設計流程吧!

          、膜結構的設計流程

          膜結構的設計由于其自身的點不同于般傳統結構形式,技術上必須經過如下幾個步驟。

          1、建筑方案設計:

          般由建筑師根據業主的意圖、功能要求、環境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空體量等,基本確定各控制點的坐標??紤]經濟和施工工藝等技術條件,與膜結構工程師、業主及施工技術人員等起確定經濟合理的初步設計方案。

          2、找形分析:

          膜結構的形狀確定問題就是確定初始狀態的問題,在許多著上被稱為“找形”(FormFinding)。對于索膜結構而言,在沒有施加預應力之前,是沒有結構剛度的,也就是說膜結構任何時候不存在無應力狀態。由于膜材料本身沒有抗彎剛度,其曲面形狀與預應力值的大小和分布是對應的,因此在控制點坐標確定后,給定合理的預應力值及其分布,才能確定合適的膜曲面形狀。

        膜結構車棚果圖

          預應力值的大小與分布是需根據多方面的條件進行反復調整后綜合確定的,這個過程叫做找形分析。此過程與方案設計過程往往密不可分,往往需反復調整方可即滿足建筑形狀的要求又保證結構的經濟合理及安可靠。
          膜結構的形狀確定問題有兩種類型:
         ?。?)給定預應力分布的形狀確定問題:預先假定膜結構中應力的分布情況,在根據受力合理或經濟原則進行分析計算,以得到膜的初始幾何狀態。
         ?。?)給定幾何邊界條件的形狀確定問題:預先確定膜結構的幾何邊界條件,然后計算分析預應力分布和空間形狀。
          肥皂泡就是合理的自然找形的膜結構。初的找形正是通過皂膜比擬來進行,后來發展到用其他彈性材料做模型,通過測量模型的空間坐標來確定形狀,對于簡單的外形也可以用幾何分析法來確定,膜結構找形技術的真正發展來自計算機有限元分析方法的發展。為了尋求膜結構的合理的幾何外形,需要通過計算機的多次迭代才能得到。
          常用的計算機找形方法有:力密度法、動力松弛法、有限元法。

          3、荷載分析:

          膜結構的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進行的,檢查結構在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預定要求的過程。在荷載作用下膜結構的變形較大,因此精 確計算結構的變形和應力分布要用幾何非線性的方法進行。根據不同工況下計算出的索、膜、梁、桿等結構構件中的內力分布的不利情況,來選定索、膜等材料的型號及尺寸,確定詳細的節點做法及構造措施等。因此,經濟安的索膜建筑必須經過仔細的內力分析后才能完成,不是憑經驗拍腦袋就能確定得了的。
          荷載分析的另目的是檢驗確定索、膜中初始預應力,般來說在找形分析時先根據經驗假定預應力值及其分布,然后經荷載分析來判定其合理性,即預應力的大小與分布應使在不利工況下必須滿足使用要求、整體和局部位移要求及排水功能等要求。
          膜結構的找形有不同的理論方法,但荷載分析基本上都采用非線性有限元法,即將結構離散為單元和結點,單元與單元通過結點相連,外荷載作用在結點上,通過建立結點的平衡方程,獲得求解。
          由于索膜結構是大變形問題,在推導有限元方程時,需考慮位移高階項對應變的影響,即考慮幾何非線性。當然,膜材本身也是非線性的,在工程應用上時,材料的非線性問題般不予考慮。
         ?。?)風荷載作用

          膜結構區別于傳統結構的兩個顯著點是輕和柔。輕,意味著結構自身重量和慣性力小,自重不是主要荷載,地震力可以忽略不計,而風是主要荷載;柔,意味著結構無抗彎剛度,結構對外荷載的抵抗是通過形狀改變來實現的,表現出幾何非線性征。膜結構的點決定了膜結構是風敏感結構,抗風設計在膜結構設計中處于主要地位。

          膜結構輕、柔、飄的顯著點決定了膜結構抗風計算的內容也有自身點。

        景觀膜結構果圖

         ?。?)膜面褶皺問題
          結構上的褶皺是指因膜面在個方向上出現壓應力導致膜材屈服而產生的褶皺現象,而結構松弛是指膜面在兩個方向上都呈現無張力狀態,故松弛的膜面不能承受任何荷載。

          4、剪裁分析:

          剪裁分析就是在預應力狀態下的曲面形體上尋求合理的裁剪線位置及其分布,然后按照定的方法將三維曲面展開為二維平面。為物盡其用,般要按照膜材料幅寬進行裁剪,但要兼顧到膜曲面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質,故裁剪線的布置要與計算時所設定的膜材經緯向致,才能保證計算結果與實際相符。
          膜材料的裁剪下料通常是在無應力狀態下進行的,如何在預應力的形體上進行無應力狀態下的裁剪分析,內外學者都已進行了較為深入的研究,提出了諸如幾何法、小二乘法、動態規劃法與平面熱應力原理相結合的有限單元法等多種方法,但在實際工程中還必須考慮以下幾點:
         ?。?)確定膜的經緯向布置及膜片之間現場拼接縫位置,膜的經緯向布置會影響觀瞻、膜材的利用率、制作的工作量等,還須與計算模型相吻合?,F場拼接縫處理不當容易漏雨,所以般在脊處作為現場拼接縫比較合適。
         ?。?)膜材與硬邊界的連接點處,應考慮殊的補償值,以便于安裝。
         ?。?)必須保證索邊界的工作點不變,對于其它硬性邊界,由于構件本身存在定的空間尺度,可根據實際情況改變膜的工作點或保持膜的工作點不變,變換連接構件的做法,但般說來后者較困難些。另外,邊角處膜的剪裁應嚴格按照實際結構構造做法尺寸進行裁剪。
         ?。?)膜的剪裁要充分利用膜材料的幅寬,即考慮了熱合搭接長度、預應力伸縮補償、邊界做法等因素后,裁出的膜片要盡量接近膜材的幅寬,以提高膜材的利用率。
          我們知道了膜結構的設計流程,但是決定 后設計是否合適,還要注意點,那就是膜結構在設計中的注意事項,了解這些注意事項,才能更好的設計出好的膜結構,繼續往下看吧!

          二、膜結構在設計中的注意事項

          1、預張力的大小及張拉方式。
          2、根據控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式。

          3、考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪)。

        膜結構建筑果圖

          4、關鍵節點的設計,以避免應力集中。
          5、考慮膜材的運輸和吊裝。
          6、耐久性與防火考慮。
          看完文章后,解開您心中的謎團了嗎?知道那些好看實用的膜結構是怎么設計了吧,都是需要經過每步的分析,仔細的思考確認,制作模型進行測試。那些好看的膜結構也都是每位設計師的心血,膜結構設計、制作、安裝及維護,請找洛陽七色膜結構工程有限公司,業的設計,業的施工,業的服務,將 好的膜結構工程呈現給您!

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