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膜結構工程的找形部分具體是怎樣的呢？
來源：www.sunchongyang.com 發布時間：2020年04月28日
膜結構工程建筑雖是從西方國家引入的,但是我國在這一塊領域上應用并不差,針對于這種工程建筑而言,其在造型上往往比較多變性,對于這種工程的搭建而言,其膜結構的造型不僅僅是為了美觀,更是為了保證膜結構建筑的穩定牢固,所以在設計時的找形就非常重要,在這里小編就針對于膜結構工程找形部分向大家做出解析,希望能夠解答大家對此方面的疑惑!
1.膜結構找形的重要性
膜結構找形是膜結構設計的起始步驟,在這一過程中,需要綜合考慮建筑的平面/立面要求和建筑功能,以及下部支承條件等因素來確定符合邊界條件和力學平衡要求的曲面形狀.實際上膜結構的設計打破了傳統的“先建筑,后結構”的設計方式,要求建筑師和結構師在方案建議階段便緊密結合在一起,共同確定建筑物的外形.
從力學的角度來看,膜結構的找形問題可以歸結為求解空間曲面的初始平衡問題.這一問題包含了如下幾個重要參數:
（1）結構拓撲關系;
（2）體力和面力;
（3）結構幾何形狀;
（4）幾何邊界條件;
（5）初始預張力的大小和分布.
其中,結構拓撲關系是指不同結構構件之間的連接關系,在計算機有限元模型中,也可以將其理解為結構單元之間的連接關系.體力和面力是指結構自重和外荷載,在找形階段外荷載通常為零.結構幾何形狀是找形階段所要求解的,一般屬于未知量.幾何邊界條件和初始預張力通常由結構工程師根據建筑條件和施工條件等因素來綜合確定,是找形階段的主要自變量.可以說,找形就是尋求以上諸多因素的平衡點.
2.膜結構找形注意事項
（1）曲面的彎曲應在兩個方向上互反,即應為負高斯曲面.張力膜結構受風壓力和風吸力作用,利用方向互反的曲面,可以使膜面在兩個方向上相互制約,有效傳遞外荷載;
（2）避免出現大面積的扁平區域.曲面上出現大面積的扁平區域,意味著曲面的自然剛度低,承受豎向荷載的能力弱,容易積水或積雪;為了增加扁平區域曲面的剛度,需要給曲面施加非常大的預應力,這就會導致作用于邊界構件上的力很大,甚至無法實施;
（3）曲面上的高低起伏宜平緩,避免出現“尖角”.曲率變化過于劇烈會導致應力集中;
（4）合理確定支承點的位置,以保證膜面具有較大的曲率.沿膜主曲率方向的拱高與弦長之比宜大于1:20;
（5）在條件許可的條件下,宜優先選擇柔性邊緣構件（索）和活動式連接方法（如桅桿頂部采用浮動式帽圈/節點用鉸接連接構造）,以適應變形/保證膜內應力盡可能均勻,避免在荷載作用下膜材出現應力集中或褶皺;
（6）對于比較重要的膜結構,應在膜材之外布置適當數量的附加拉索對主要支承構件進行固定,以保證結構不會因膜材的破損而倒塌;
（7）支承結構的布置還要考慮具體的施工過程/二次張拉和膜材更換等問題;
（8）單片膜的跨度不宜超過15米,覆蓋面積不宜超過400米;如果超過此限值,應適當增設加強索;
（9）預張力的大小需要預期的形狀和設計荷載來確定.在設計荷載的作用下,應保證結構內部具有維持曲面形狀的拉應力值.預張力過小會導致結構在風荷載的作用下出現較大的振動;預張力過大又會給支承結構（包括基礎）的設計和施工張拉帶來困難.通常對于PVC膜材,預張力水平為1～3kN/m,對于PTFE膜材,預張力水平為3～6kN/m.
膜結構工程的找形在一定程度上考驗技術人員的操作能力,一個工程的完工,往往從其外表的美觀性以及內部的實用性就可以看出廠家的施工人員的技術實力,好了,我們的內容分享就到這,下期繼續向大家介紹新的資訊!
膜結構找形是膜結構設計的起始步驟,在這一過程中,需要綜合考慮建筑的平面/立面要求和建筑功能,以及下部支承條件等因素來確定符合邊界條件和力學平衡要求的曲面形狀.實際上膜結構的設計打破了傳統的“先建筑,后結構”的設計方式,要求建筑師和結構師在方案建議階段便緊密結合在一起,共同確定建筑物的外形.
從力學的角度來看,膜結構的找形問題可以歸結為求解空間曲面的初始平衡問題.這一問題包含了如下幾個重要參數:
（1）結構拓撲關系;
（2）體力和面力;
（3）結構幾何形狀;
（4）幾何邊界條件;
（5）初始預張力的大小和分布.
其中,結構拓撲關系是指不同結構構件之間的連接關系,在計算機有限元模型中,也可以將其理解為結構單元之間的連接關系.體力和面力是指結構自重和外荷載,在找形階段外荷載通常為零.結構幾何形狀是找形階段所要求解的,一般屬于未知量.幾何邊界條件和初始預張力通常由結構工程師根據建筑條件和施工條件等因素來綜合確定,是找形階段的主要自變量.可以說,找形就是尋求以上諸多因素的平衡點.
2.膜結構找形注意事項
（1）曲面的彎曲應在兩個方向上互反,即應為負高斯曲面.張力膜結構受風壓力和風吸力作用,利用方向互反的曲面,可以使膜面在兩個方向上相互制約,有效傳遞外荷載;
（2）避免出現大面積的扁平區域.曲面上出現大面積的扁平區域,意味著曲面的自然剛度低,承受豎向荷載的能力弱,容易積水或積雪;為了增加扁平區域曲面的剛度,需要給曲面施加非常大的預應力,這就會導致作用于邊界構件上的力很大,甚至無法實施;
（3）曲面上的高低起伏宜平緩,避免出現“尖角”.曲率變化過于劇烈會導致應力集中;
（4）合理確定支承點的位置,以保證膜面具有較大的曲率.沿膜主曲率方向的拱高與弦長之比宜大于1:20;
（5）在條件許可的條件下,宜優先選擇柔性邊緣構件（索）和活動式連接方法（如桅桿頂部采用浮動式帽圈/節點用鉸接連接構造）,以適應變形/保證膜內應力盡可能均勻,避免在荷載作用下膜材出現應力集中或褶皺;
（6）對于比較重要的膜結構,應在膜材之外布置適當數量的附加拉索對主要支承構件進行固定,以保證結構不會因膜材的破損而倒塌;
（7）支承結構的布置還要考慮具體的施工過程/二次張拉和膜材更換等問題;
（8）單片膜的跨度不宜超過15米,覆蓋面積不宜超過400米;如果超過此限值,應適當增設加強索;
（9）預張力的大小需要預期的形狀和設計荷載來確定.在設計荷載的作用下,應保證結構內部具有維持曲面形狀的拉應力值.預張力過小會導致結構在風荷載的作用下出現較大的振動;預張力過大又會給支承結構（包括基礎）的設計和施工張拉帶來困難.通常對于PVC膜材,預張力水平為1～3kN/m,對于PTFE膜材,預張力水平為3～6kN/m.
