膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括那些內(nèi)容

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括體形設(shè)計(jì)、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設(shè)計(jì)確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強(qiáng)主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來提高，對(duì)膜結(jié)構(gòu)而言，任何時(shí)候不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行荷載分析和裁剪分析。

膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動(dòng)力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進(jìn)行。荷載分析的另一個(gè)目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個(gè)方向應(yīng)力增加而另一個(gè)方向應(yīng)力減少，這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。

因?yàn)槟げ牧媳容^輕柔，自振頻率很低，在風(fēng)荷載作用下極易產(chǎn)生風(fēng)振，導(dǎo)致膜材料破壞，如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強(qiáng)度儲(chǔ)備少，對(duì)受力構(gòu)件強(qiáng)度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過荷載計(jì)算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個(gè)膜結(jié)構(gòu)工程中關(guān)鍵的一個(gè)問題，這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。

膜結(jié)構(gòu)的特性及膜結(jié)構(gòu)相關(guān)特點(diǎn)

一、建筑造型美麗

1、膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀(jì)具代表性與充滿出路的建筑方式。

2、它打破了純直線修建風(fēng)格的形式，以其獨(dú)有的美麗曲面造型，簡(jiǎn)練、明快、剛與柔、力與美的組合，出現(xiàn)給人以耳目一新的感覺，一起給建筑設(shè)計(jì)師供給了更大的幻想和發(fā)明空間。

3、具有杰出的環(huán)保性、透光性、自清潔性，膜材外表選用PVDF(聚偏二氟乙烯)涂層、或二氧化鈦涂層，具有較好的隔熱作用

4、而透光率卻在20%以上，通過10年的太陽光直接照耀，其輝度仍能保存70%。

二、適合大跨度空間

膜結(jié)構(gòu)中所運(yùn)用的膜資料每平方壹公斤左右，因?yàn)樽灾剌p，加上鋼索、鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度資料的選用，與受力系統(tǒng)簡(jiǎn)練合理——力大部分以軸力傳遞故使膜結(jié)構(gòu)合適跨越大空間而構(gòu)成開闊的無柱大跨度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

三、防火性與抗震性

1、膜結(jié)構(gòu)建筑所選用的膜材具有杰出的阻燃性和耐高溫性，故能很好的滿意防火要求。

2、因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自重輕，又為柔性結(jié)構(gòu)且有較大變形才能，故抗震功能好。

3、工期短：膜材裁剪。拼合成型及骨架的鋼結(jié)構(gòu)、鋼索均在工廠加工制造，現(xiàn)場(chǎng)只需拼裝，施工簡(jiǎn)潔，故施工周期比傳統(tǒng)建筑短。

膜結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)步驟

  1.建筑方案設(shè)計(jì)

     一般同建筑師根據(jù)業(yè)主的意圖、功能要求、環(huán)境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空、體量等，并基本確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)。綜合考慮經(jīng)濟(jì)和施工工藝等技術(shù)條件，與膜結(jié)構(gòu)工程師、業(yè)主及施工技術(shù)人員等一起確定經(jīng)濟(jì)合理的初步設(shè)計(jì)方案。

  2.找形分析

    對(duì)于膜結(jié)構(gòu)而言，在沒有施加預(yù)應(yīng)力之前，是沒有結(jié)構(gòu)剛度的，也就是說膜結(jié)構(gòu)任何時(shí)候不存在無應(yīng)力狀態(tài)。由于膜材料本身沒有抗彎剛度，其曲面形狀與預(yù)應(yīng)力的大小和分布是一一對(duì)應(yīng)的，因此在控制點(diǎn)坐標(biāo)確定后，給定一合理的預(yù)應(yīng)力值及其分布，才能確定合適的膜曲面形狀。

  3.荷載分析

  膜結(jié)構(gòu)的控制荷載通常是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜結(jié)構(gòu)的變形較大，因此jing確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布要用幾何非線性方法進(jìn)行。根據(jù)不同工況下計(jì)算出的索、膜、梁、桿等結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力分布的不利情況，來選定索、膜等材料的型號(hào)及尺寸，確定詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)做法及構(gòu)造措施等。

 4.剪裁分析

      剪裁分析就是在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的曲面形體上尋求合理的裁剪位置及其分布，然后按照一定的方法三維曲面展開為二維平面。為物盡其用，一般要按照膜材料幅寬進(jìn)行裁剪，但要兼顧到膜面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質(zhì)，故裁剪線的布置要與計(jì)算時(shí)所設(shè)定的經(jīng)緯向一致，才能保證計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符。