膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工

膜結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)計算通常由計算機完成,其復(fù)雜型體的整體空間作用和繁雜的抗風(fēng)計算是從事一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程師難以完成的。國外 各大從事膜結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計和安裝的專業(yè)公司,都各自開發(fā)了大型的專業(yè)軟件,但為了控制市場都嚴(yán)格保密。目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)的諸如上海八萬人體育場等少數(shù)膜結(jié)構(gòu)建筑,也都是外國公司設(shè)計的。然而,目前膜結(jié)構(gòu)在我國尚處于小范圍的試驗階段,但隨著我國經(jīng)濟實力的增強,新工藝、新材料、新設(shè)備的出現(xiàn),膜結(jié)構(gòu)建筑將成為我國21世紀(jì)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展主流。我國自行設(shè)計的大型膜結(jié)構(gòu)還很少,國內(nèi)也尚無成熟的理論計算方法及相應(yīng)的計算設(shè)計程序,制約了膜結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展、應(yīng)用與研究。

云南膜結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工、購買、安裝認(rèn)準(zhǔn)云南路飛膜結(jié)構(gòu)工程技術(shù)有限公司，我公司有豐富的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計施工經(jīng)驗，質(zhì)量和服務(wù)都有保障！

膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景

自重輕,跨度大,造價低,可以很大限度發(fā)揮材料特性,有利防震;造型新穎美觀,色彩多變,可為文化、體育、旅游、商業(yè)設(shè)施提供更好的形象包裝;具有較好的防水、透光性能,建設(shè)周期短,可做持久性建筑,也可移動搬遷,有利于城建景觀及房地產(chǎn)項目的開發(fā)?？梢灶A(yù)見,21世紀(jì)中國的經(jīng)濟突飛猛進,膜結(jié)構(gòu)建筑將在未來大型建筑中展現(xiàn)新、奇、輕、美的特點,因此膜結(jié)構(gòu)建筑的研究與開發(fā)有著廣泛的發(fā)展前景。此外，要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟

常用的計算機找形方法：

（3）有限單元法

有限單元法（FiniteElementMethod）初是用來計算索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的非線性迭代方法，但現(xiàn)在已成為較普遍的索膜結(jié)構(gòu)找形方法。其基本算法有兩種，即從初始幾何開始迭代和從平面狀態(tài)開始迭代。顯然，從初始幾何開始迭代找形要比從平面狀態(tài)開始來得有效，且所選用的初始幾何越是接衡狀態(tài)，計算收斂越快，但初始幾何的選擇并非容易之事。兩種算法中均需要給定初始預(yù)應(yīng)力的分布及數(shù)值。在用有限元法找形時，通常采用小楊氏模量或者干脆略去剛度矩陣中的線性部分，外荷載在此階段也忽略。膜結(jié)構(gòu)膜材安裝1、膜材安裝前，鋼結(jié)構(gòu)的挑梁宜加臨時支撐或平衡索，確保鋼結(jié)構(gòu)在膜材安裝中受力平衡，2、在膜材安裝前，對鋼結(jié)構(gòu)在尺寸進行測量復(fù)核。

有限元迭代過程中，單元的應(yīng)力將發(fā)生改變。求得的形狀除了要滿足平衡外，還希望應(yīng)力分布均勻，大小合適，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度。因此，找形過程中還有個曲面病態(tài)判別和修改的問題，或者叫形態(tài)優(yōu)化（包括幾何形態(tài)優(yōu)化、應(yīng)力形態(tài)優(yōu)化和剛度形態(tài)優(yōu)化等）。用有限元法找形的軟件有澳大利亞FABDES等。在蓋格公司領(lǐng)導(dǎo)下，美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公司共同開發(fā)持久性膜材。

經(jīng)過找形確定的結(jié)構(gòu)初始形狀滿足了初應(yīng)力平衡條件并達到預(yù)想的形狀，但其是否滿足使用的要求，還必須進行荷載效應(yīng)分析。

膜面褶皺問題

結(jié)構(gòu)上的褶皺（Drape）是指因膜面在一個方向上出現(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方向上都呈現(xiàn)無張力狀態(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所有的單元進行逐一判別，如發(fā)現(xiàn)褶皺單元，可按以下方法處理：

（1）修元剛度：減小褶皺單元對結(jié)構(gòu)總體剛度的貢獻，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實際荷載分擔(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，對曲面進行修正，即通過修改局部區(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ANSYS，德國EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國InTENS等等。