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设计膜结构景观时各阶段的连贯性设计
编辑:山东双天金属制品有限公司   时间:2021-04-26

  据知,膜结构景观隶属于柔性结构的范畴,薄膜结构中的主要材料—薄膜为一强度较高的纤维织物。自身具有很高的抗拉及一些抗撕裂强度,但不具备抗压及抗弯能力。可直接用干承受薄膜拉力的构筑物,如容器。引入预应力后,薄膜材料可进一步用于需承受平面外荷载的结构。根据预应力施加方式的不同,薄膜结构又可分为充气薄膜结构和张力藏膜结构。前者需要不间断的充气来保障薄膜结构内外形成一定的压力差以抵抗外部荷载(如雪载,风载)。一旦充气中断,结构有可能下瘪。因此,推广应用受到一些限制。张力薄膜结构是薄膜材料、周边刚性构件、中间桅杆和加强索有机结台的结果。结构形式相对于比较丰富,是近年来科研院校和建设单位着重研究、开发的结构形式。

  膜结构景观的设计历经形状确定分析、荷载性能的分析与剪裁分析三个阶段。

  形状确定分析的目的是找寻一个与已知预应力分布相对应的结构外形,或者一个能符合建筑外形设计要求的自平衡的顶广力体系。预应力和结构外形互为变量,互相影响。合理的预应力分布不但保障结构具有一些外形、提供抵御横向荷载的刚度,而且影响结构在静力/动力荷载作用下的特性及薄膜材料的剪裁。详细的荷载分析保障了结构牢靠良好的履行其功能,同时也可发现所确定形状中的不合理性(如结构在荷载作用下易皱折、易撕裂等),从而修整已确定的形状。

  剪裁分析是将优良设计变为实际结构过程中不能缺少的一环。市场供应的薄膜材料尺寸有限,构成了覆盖整个膜结构景观结构的薄膜需通过连结单个薄膜片来完成。剪裁分析的目的是根据形状确定分析后所确定的有预应力的空间曲面来反求无预应力时二维平面上的薄膜片大小,保障其在连接、张拉和安装就位后,薄膜结构的外形及其内在预应力分布同设计要求吻合。

  薄膜结构设计三阶段互相关联、互相影响,合理的设计需充分考虑设计三阶段的连贯性,将其作为一个整体来考虑。

  数值法(有限单元法)已成为薄膜结构设计的关键工具。在使用数值法进行薄膜结构设计时,往往将薄膜离散为空间薄膜单元,而将不同类型的索(脊索、谷索、边索等)离散为空间索(杆)单元,两者之间共享节点。即假定索与膜之间没有相对滑动。这种处理简化了薄膜结构的分析,促使了膜结构景观的发展。

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