膜結(jié)構(gòu)工程

用于膜結(jié)構(gòu)建筑中的膜材是一種具有強(qiáng)度，柔韌性好的薄膜材料，是由纖維編織成織物基材，在其基材兩面以樹(shù)脂為涂層材所加工固定而成的材料，中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維，而作為涂層材使用的樹(shù)脂有聚樹(shù)脂（PVC），硅酮（silicon）及聚四氟乙烯樹(shù)脂（PTFE），在力學(xué)上織物基材及涂層材分別具有影響下列的功能性質(zhì)。膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：建筑造型優(yōu)美膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀(jì)最有代表性與充滿前途的建筑形式?？椢锘摹估瓘?qiáng)度，抗撕裂強(qiáng)度，耐熱性，耐久性，防火性。涂 層 材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。

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膜結(jié)構(gòu)建筑常用結(jié)構(gòu)型式：張拉膜結(jié)構(gòu)

張拉膜結(jié)構(gòu)是通過(guò)邊界條件給膜材施加一定的預(yù)張應(yīng)力,膜既是建筑物的維護(hù)體又作為結(jié)構(gòu)以抵抗外部荷載的作用,因此在一定的初始條件下,其形狀的確定、在外荷載作用下膜中應(yīng)力分布與變形以及怎樣用二維的膜材料來(lái)模擬三維的空間曲面等一系列復(fù)雜的問(wèn)題,都需通過(guò)計(jì)算確定,張拉膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和新算法的提出。膜結(jié)構(gòu)特性3、柔性：張拉膜結(jié)構(gòu)不是剛性的，其在風(fēng)荷載或雪荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生變形。

脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的確定

膜結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移較大，結(jié)構(gòu)位形的變化會(huì)對(duì)其周圍風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響，所以膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)動(dòng)力響應(yīng)過(guò)程是流固耦合過(guò)程。2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)和廣州亞運(yùn)會(huì)的舉行，以及各種類型的展覽館建設(shè)，使得我國(guó)迎來(lái)了膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展高峰期，這幾年間我國(guó)膜結(jié)構(gòu)建筑的建造規(guī)模擴(kuò)張非常迅速。這種動(dòng)力過(guò)程的風(fēng)洞試驗(yàn)必須采用氣動(dòng)彈性模型，因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)技術(shù)難度較大。近年來(lái)發(fā)展的“數(shù)值風(fēng)洞”技術(shù)受到越來(lái)越多的重視。這種技術(shù)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將計(jì)算流體力學(xué)（CFD）和計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)（CSD）技術(shù)結(jié)合起來(lái)，用計(jì)算流體力學(xué)來(lái)模擬結(jié)構(gòu)周圍的風(fēng)場(chǎng)，用計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)來(lái)模擬膜結(jié)構(gòu)，再借助某些參數(shù)的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者之間的耦合作用，不過(guò)，該方法還處試驗(yàn)階段。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

膜面褶皺問(wèn)題

結(jié)構(gòu)上的褶皺（Drape）是指因膜面在一個(gè)方向上出現(xiàn)壓應(yīng)力導(dǎo)致膜材屈服而產(chǎn)生的褶皺現(xiàn)象，而結(jié)構(gòu)松弛是指膜面在兩個(gè)方向上都呈現(xiàn)無(wú)張力狀態(tài)，故松弛的膜面不能承受任何荷載。褶皺判別的兩種方法：（設(shè)拉為正、壓為負(fù)）

（1）應(yīng)力準(zhǔn)則：若主應(yīng)力σ2>0，膜元是張緊的；若σ2<0且σ2>0，膜元是褶皺的；若σ1<0，單元是松弛的。

（2）應(yīng)變準(zhǔn)則：若ε2>0，膜元是張緊的；若ε2<0且ε1>0，膜元是褶皺的；若ε1<0，單元是松弛的。在荷載分析中，在每一荷載增量步中對(duì)所有的單元進(jìn)行逐一判別，如發(fā)現(xiàn)褶皺單元，可按以下方法處理：

（1）修元?jiǎng)偠龋簻p小褶皺單元對(duì)結(jié)構(gòu)總體剛度的貢獻(xiàn)，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實(shí)際荷載分擔(dān)，結(jié)果是增加了相臨單元的負(fù)擔(dān)。

（2）修改結(jié)構(gòu)剛度：回到找形階段，對(duì)曲面進(jìn)行修正，即通過(guò)修改局部區(qū)域的邊界條件或調(diào)整預(yù)應(yīng)力的方法來(lái)修正結(jié)構(gòu)的剛度。

常用的膜結(jié)構(gòu)幾何非線性荷載分析軟件有：美國(guó)ANSYS，德國(guó)EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國(guó)InTENS等等。