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膜結構的設計過程
來源:膜結構(gòu)的設計過程 作者: 發(fā)布:2012-6-3 修改:2012-6-3
隸屬:行業新聞 點擊:170
膜結構的設計過程膜結構的設計由於其自身的特點不同於一般傳統結構形式,技術上必須經過如下四個步驟。
1 建築方案設計(Architecture design)一般由建築師根據業主的意圖、功能要求、環境條件等初步確定建築的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、淨空體量等,基本確定各控制點的坐标。考慮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一起確定經濟合理的初步設計方案。
2 找形分析(Form-finding)對於索膜結構而言,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态。由於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一一對應的,因此在控制點坐标確定後,給定一合理的預應力值及其分布,才能確定合适的膜曲面形狀。
3 荷載分析(Load-analysis)膜結構的控制荷載通常是風載和雪載。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、杆等結構構件中的内力分布的最不利情況,來選定索、膜等材料的型号及尺寸,確定詳細的節點做法及構造措施等。
荷載分析的另一目的是檢驗確定索、膜中初始預應力,一般來說在找形分析時先根據經驗假定一預應力值及其分布,然後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最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。
4 剪裁分析(Patterning or Cutting)剪裁分析就是在預應力狀态下的曲面形體上尋求合理的裁剪線位置及其分布,然後按照一定的方法将三維曲面展開爲二維平面。爲物盡其用,一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。由於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一緻,才能保證計算結果與實際相符。
空間膜的簡述膜結構又叫張拉膜結構(Tensioned Membrane structure),是以建築織物,即膜材料爲張拉主體,與支撐構件或拉索共同組成的結 構體系,它以其新穎獨特的建築造型,良好的受力特點,成爲大跨度空間結構的主要形式之一。
膜材料是指以聚酯纖維基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面塗層,配以優質的PVC組成的具有穩定的形狀,並可承受一定載荷的建築紡織品。它的壽命因不同的表面塗層而異,一般可達成12—50年。
膜結構建築的特點及應用領域:
膜結構是一種全新的建築結構形式,它集建築學、結構力學、精細化工與材料科學、計算機技術等爲一體,具有很高技術含量。其曲面可以随著建築師的設計需要任意變化建造出标志性的形象工程。
藝術性:充分發揮建築師的想象力,又體現結構構件清晰受力之美。
經濟性:由於膜材具有一定的透光率,白天可減少照明強度和時間,能很好地節約能源。同時夜間彩燈透射形成的絢爛景觀也能達到很好的廣告宣傳效益。
大跨度:膜結構可以從根本克服傳統結構在大跨度(無支撐)建築上實現所遇到的困難,可創造巨大的無遮擋可視空間,有效增加空間使用面積。
自潔性:膜建築中採用具有防護塗層的膜材,可使建築具有良好的自潔效果,同時保證建築的使用壽命。
工期短:膜建築工程中所有加工和制作均在工廠内完成,可減少現場施工時間,避免出現施工交叉,相對傳統建築工程工期較短。膜建築可廣泛應用於大型公共設施:體育場館的屋頂系統、機場大廳、展覽中心、購物中心、站台等。
膜材料的裁剪下料通常是在無應力狀态下進行的,如何在預應力的形體上進行無應力狀态下的裁剪分析,但在實際工程中還必須考慮以下幾點:
(1)必須保證索邊界的工作點不變,對於其它硬性邊界,由於構件本身存在一定的空間尺度,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,但一般說來後者較困難一些。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。
(2)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。現場拼接縫處理不當容易漏雨。
(3)膜材與硬邊界的連接點處,應考慮特殊的補償值,以便於安裝。
(4)膜的剪裁要充分利用膜材料的幅寬,即考慮瞭熱合搭接長度、預應力伸縮補償、邊界做法等因素後,裁出的膜片要盡量接近膜材的幅寬,以提高膜材的利用率。
1 建築方案設計(Architecture design)一般由建築師根據業主的意圖、功能要求、環境條件等初步確定建築的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、淨空體量等,基本確定各控制點的坐标。考慮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一起確定經濟合理的初步設計方案。
2 找形分析(Form-finding)對於索膜結構而言,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态。由於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一一對應的,因此在控制點坐标確定後,給定一合理的預應力值及其分布,才能確定合适的膜曲面形狀。
3 荷載分析(Load-analysis)膜結構的控制荷載通常是風載和雪載。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、杆等結構構件中的内力分布的最不利情況,來選定索、膜等材料的型号及尺寸,確定詳細的節點做法及構造措施等。
荷載分析的另一目的是檢驗確定索、膜中初始預應力,一般來說在找形分析時先根據經驗假定一預應力值及其分布,然後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最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。
4 剪裁分析(Patterning or Cutting)剪裁分析就是在預應力狀态下的曲面形體上尋求合理的裁剪線位置及其分布,然後按照一定的方法将三維曲面展開爲二維平面。爲物盡其用,一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。由於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一緻,才能保證計算結果與實際相符。
空間膜的簡述膜結構又叫張拉膜結構(Tensioned Membrane structure),是以建築織物,即膜材料爲張拉主體,與支撐構件或拉索共同組成的結 構體系,它以其新穎獨特的建築造型,良好的受力特點,成爲大跨度空間結構的主要形式之一。
膜材料是指以聚酯纖維基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面塗層,配以優質的PVC組成的具有穩定的形狀,並可承受一定載荷的建築紡織品。它的壽命因不同的表面塗層而異,一般可達成12—50年。
膜結構建築的特點及應用領域:
膜結構是一種全新的建築結構形式,它集建築學、結構力學、精細化工與材料科學、計算機技術等爲一體,具有很高技術含量。其曲面可以随著建築師的設計需要任意變化建造出标志性的形象工程。
藝術性:充分發揮建築師的想象力,又體現結構構件清晰受力之美。
經濟性:由於膜材具有一定的透光率,白天可減少照明強度和時間,能很好地節約能源。同時夜間彩燈透射形成的絢爛景觀也能達到很好的廣告宣傳效益。
大跨度:膜結構可以從根本克服傳統結構在大跨度(無支撐)建築上實現所遇到的困難,可創造巨大的無遮擋可視空間,有效增加空間使用面積。
自潔性:膜建築中採用具有防護塗層的膜材,可使建築具有良好的自潔效果,同時保證建築的使用壽命。
工期短:膜建築工程中所有加工和制作均在工廠内完成,可減少現場施工時間,避免出現施工交叉,相對傳統建築工程工期較短。膜建築可廣泛應用於大型公共設施:體育場館的屋頂系統、機場大廳、展覽中心、購物中心、站台等。
膜材料的裁剪下料通常是在無應力狀态下進行的,如何在預應力的形體上進行無應力狀态下的裁剪分析,但在實際工程中還必須考慮以下幾點:
(1)必須保證索邊界的工作點不變,對於其它硬性邊界,由於構件本身存在一定的空間尺度,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,但一般說來後者較困難一些。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。
(2)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。現場拼接縫處理不當容易漏雨。
(3)膜材與硬邊界的連接點處,應考慮特殊的補償值,以便於安裝。
(4)膜的剪裁要充分利用膜材料的幅寬,即考慮瞭熱合搭接長度、預應力伸縮補償、邊界做法等因素後,裁出的膜片要盡量接近膜材的幅寬,以提高膜材的利用率。
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