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膜结构的设计过程
来源:膜结构的设计过程 作者: 发布:2012-6-3 修改:2012-6-3
隶属:行业新闻 点击:170
膜结构的设计过程膜结构的设计由于其自身的特点不同于一般传统结构形式,技术上必须经过如下四个步骤。
1 建筑方案设计(Architecture design)一般由建筑师根据业主的意图、功能要求、环境条件等初步确定建筑的平面形状尺寸、空间形式及三维造型、净空体量等,基本确定各控制点的坐标。考虑经济和施工工艺等技术条件,与膜结构工程师、业主及施工技术人员等一起确定经济合理的初步设计方案。
2 找形分析(Form-finding)对于索膜结构而言,在没有施加预应力之前,是没有结构刚度的,也就是说膜结构任何时候不存在无应力状态。由于膜材料本身没有抗弯刚度,其曲面形状与预应力值的大小和分布是一一对应的,因此在控制点坐标确定后,给定一合理的预应力值及其分布,才能确定合适的膜曲面形状。
3 荷载分析(Load-analysis)膜结构的控制荷载通常是风载和雪载。在荷载作用下膜结构的变形较大,因此精确计算结构的变形和应力分布要用几何非线性的方法进行。根据不同工况下计算出的索、膜、梁、杆等结构构件中的内力分布的最不利情况,来选定索、膜等材料的型号及尺寸,确定详细的节点做法及构造措施等。
荷载分析的另一目的是检验确定索、膜中初始预应力,一般来说在找形分析时先根据经验假定一预应力值及其分布,然后经荷载分析来判定其合理性,即预应力的大小与分布应使在最不利工况下必须满足使用要求、整体和局部位移要求及排水功能等要求。
4 剪裁分析(Patterning or Cutting)剪裁分析就是在预应力状态下的曲面形体上寻求合理的裁剪线位置及其分布,然后按照一定的方法将三维曲面展开为二维平面。为物尽其用,一般要按照膜材料幅宽进行裁剪,但要兼顾到膜曲面曲率变化情况。由于膜材料具有双向异性性质,故裁剪线的布置要与计算时所设定的膜材经纬向一致,才能保证计算结果与实际相符。
空间膜的简述膜结构又叫张拉膜结构(Tensioned Membrane structure),是以建筑织物,即膜材料为张拉主体,与支撑构件或拉索共同组成的结 构体系,它以其新颖独特的建筑造型,良好的受力特点,成为大跨度空间结构的主要形式之一。
膜材料是指以聚酯纤维基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂层,配以优质的PVC组成的具有稳定的形状,并可承受一定载荷的建筑纺织品。它的寿命因不同的表面涂层而异,一般可达成12—50年。
膜结构建筑的特点及应用领域:
膜结构是一种全新的建筑结构形式,它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体,具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化建造出标志性的形象工程。
艺术性:充分发挥建筑师的想象力,又体现结构构件清晰受力之美。
经济性:由于膜材具有一定的透光率,白天可减少照明强度和时间,能很好地节约能源。同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。
大跨度:膜结构可以从根本克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现所遇到的困难,可创造巨大的无遮挡可视空间,有效增加空间使用面积。
自洁性:膜建筑中采用具有防护涂层的膜材,可使建筑具有良好的自洁效果,同时保证建筑的使用寿命。
工期短:膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成,可减少现场施工时间,避免出现施工交叉,相对传统建筑工程工期较短。膜建筑可广泛应用于大型公共设施:体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览中心、购物中心、站台等。
膜材料的裁剪下料通常是在无应力状态下进行的,如何在预应力的形体上进行无应力状态下的裁剪分析,但在实际工程中还必须考虑以下几点:
(1)必须保证索边界的工作点不变,对于其它硬性边界,由于构件本身存在一定的空间尺度,可根据实际情况改变膜的工作点或保持膜的工作点不变,变换连接构件的做法,但一般说来后者较困难一些。另外,边角处膜的剪裁应严格按照实际结构构造做法尺寸进行裁剪。
(2)确定膜的经纬向布置及膜片之间现场拼接缝位置,膜的经纬向布置会影响观瞻、膜材的利用率、制作的工作量等,还须与计算模型相吻合。现场拼接缝处理不当容易漏雨。
(3)膜材与硬边界的连接点处,应考虑特殊的补偿值,以便于安装。
(4)膜的剪裁要充分利用膜材料的幅宽,即考虑了热合搭接长度、预应力伸缩补偿、边界做法等因素后,裁出的膜片要尽量接近膜材的幅宽,以提高膜材的利用率。
1 建筑方案设计(Architecture design)一般由建筑师根据业主的意图、功能要求、环境条件等初步确定建筑的平面形状尺寸、空间形式及三维造型、净空体量等,基本确定各控制点的坐标。考虑经济和施工工艺等技术条件,与膜结构工程师、业主及施工技术人员等一起确定经济合理的初步设计方案。
2 找形分析(Form-finding)对于索膜结构而言,在没有施加预应力之前,是没有结构刚度的,也就是说膜结构任何时候不存在无应力状态。由于膜材料本身没有抗弯刚度,其曲面形状与预应力值的大小和分布是一一对应的,因此在控制点坐标确定后,给定一合理的预应力值及其分布,才能确定合适的膜曲面形状。
3 荷载分析(Load-analysis)膜结构的控制荷载通常是风载和雪载。在荷载作用下膜结构的变形较大,因此精确计算结构的变形和应力分布要用几何非线性的方法进行。根据不同工况下计算出的索、膜、梁、杆等结构构件中的内力分布的最不利情况,来选定索、膜等材料的型号及尺寸,确定详细的节点做法及构造措施等。
荷载分析的另一目的是检验确定索、膜中初始预应力,一般来说在找形分析时先根据经验假定一预应力值及其分布,然后经荷载分析来判定其合理性,即预应力的大小与分布应使在最不利工况下必须满足使用要求、整体和局部位移要求及排水功能等要求。
4 剪裁分析(Patterning or Cutting)剪裁分析就是在预应力状态下的曲面形体上寻求合理的裁剪线位置及其分布,然后按照一定的方法将三维曲面展开为二维平面。为物尽其用,一般要按照膜材料幅宽进行裁剪,但要兼顾到膜曲面曲率变化情况。由于膜材料具有双向异性性质,故裁剪线的布置要与计算时所设定的膜材经纬向一致,才能保证计算结果与实际相符。
空间膜的简述膜结构又叫张拉膜结构(Tensioned Membrane structure),是以建筑织物,即膜材料为张拉主体,与支撑构件或拉索共同组成的结 构体系,它以其新颖独特的建筑造型,良好的受力特点,成为大跨度空间结构的主要形式之一。
膜材料是指以聚酯纤维基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂层,配以优质的PVC组成的具有稳定的形状,并可承受一定载荷的建筑纺织品。它的寿命因不同的表面涂层而异,一般可达成12—50年。
膜结构建筑的特点及应用领域:
膜结构是一种全新的建筑结构形式,它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体,具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化建造出标志性的形象工程。
艺术性:充分发挥建筑师的想象力,又体现结构构件清晰受力之美。
经济性:由于膜材具有一定的透光率,白天可减少照明强度和时间,能很好地节约能源。同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。
大跨度:膜结构可以从根本克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现所遇到的困难,可创造巨大的无遮挡可视空间,有效增加空间使用面积。
自洁性:膜建筑中采用具有防护涂层的膜材,可使建筑具有良好的自洁效果,同时保证建筑的使用寿命。
工期短:膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成,可减少现场施工时间,避免出现施工交叉,相对传统建筑工程工期较短。膜建筑可广泛应用于大型公共设施:体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览中心、购物中心、站台等。
膜材料的裁剪下料通常是在无应力状态下进行的,如何在预应力的形体上进行无应力状态下的裁剪分析,但在实际工程中还必须考虑以下几点:
(1)必须保证索边界的工作点不变,对于其它硬性边界,由于构件本身存在一定的空间尺度,可根据实际情况改变膜的工作点或保持膜的工作点不变,变换连接构件的做法,但一般说来后者较困难一些。另外,边角处膜的剪裁应严格按照实际结构构造做法尺寸进行裁剪。
(2)确定膜的经纬向布置及膜片之间现场拼接缝位置,膜的经纬向布置会影响观瞻、膜材的利用率、制作的工作量等,还须与计算模型相吻合。现场拼接缝处理不当容易漏雨。
(3)膜材与硬边界的连接点处,应考虑特殊的补偿值,以便于安装。
(4)膜的剪裁要充分利用膜材料的幅宽,即考虑了热合搭接长度、预应力伸缩补偿、边界做法等因素后,裁出的膜片要尽量接近膜材的幅宽,以提高膜材的利用率。
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