【停車棚廠家】膜結構建筑設計的討論

1 膜結構的發展情況。
1.1膜結構是在上世紀中葉發展超來的一種新型材料、大跨度空間的結構形式。
　　 膜結構的設計基本完善于20世紀80年代和90年代的后期。膜結構的代表作有1988年日本建成的東京后樂園穹頂，它采用了充氣膜結構，平臺長180m的圓角正方形，最大對角線201，覆蓋面積4675５m2，采用了雙層聚四氟乙烯涂層玻璃纖維膜材。1990年建成的美國圣地亞哥會議中心，其展廳膜結構由5個單體組成，每個單體由兩根“飛柱”頂起，形成傘狀，整個平面為91.5mX91.5m方正形。在我國上海1997年興建的萬人體育場，屋蓋平面輪廓尺寸274mX288m，最大懸挑73.5m，覆蓋面積26000m2，開創我國大跨膜結構的歷史先河。經過近幾年的快速發展我國的膜結構有了長足的發展，大約以每年20%的速度增長，膜結構的應用領域和使用年限逐漸地由臨時性膜結構、半永久性膜結構到永久性膜結構過渡和發展。
1.1 膜結構的材料。
膜結構的材料決定膜結構的可靠程度與否，對結構使用的合理選擇，以及新材料的應用，結構的耐久性和使用年限，均有著密切的關系，膜材的屬性以及強度也是不可忽視的一個重要組成部分。
1.1.2膜材的種類。
　　膜材種類主要分為三種，一是PTEF膜材，由聚四氟乙稀(PTEF）涂層和玻璃纖維基層復合而成；二是PVC膜材：由聚氯乙稀（ＰVC)涂層和聚酯纖維基層復合而成。三是加面層的PVC膜材在PVC膜材表面涂覆聚偏氯乙稀（PVDE)或聚氟乙稀(PVF)。三種性能優點為：PTFE膜材的材質好、價格也較高；PVC膜材應用廣泛、價格適中。
1.2 膜材的物理性
1.2.1 膜結構的膜材是一種具有強度、柔韌性好的涂層織物材料。
1.2.2 具有力學性、光學性、聲學性、防火性、保溫性、自潔性。
1.2.3 膜材的力學性、膜材的材料應力是平均分布在所有面積上，不是集中在一點上。力學特性是：抗拉強度高，抗壓剛度和抗變為零，屬于非線性和各項異向性的材料，同時也容易發生徐變和應力松弛現象。
2 膜結構的荷載。
2.1 膜結構的荷作用。
2.1.1 膜結構的荷載中主要考慮鋼結構部分荷載，效應組合問題應按《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)進行設計。
2.1.2 作用于膜結構的荷載應考慮永久荷載、活荷載、風荷載、雪荷載及初始預張力等等。
3 膜結構的設計。
3.1 膜結構的一般設計原則。
3.1.1膜結構的設計計算與傳統結構有明顯區別，一方面膜結構屬于柔性張拉結構，必須通過施加初始張力才能獲得結構剛度。另一方面，膜結構的表面形狀為空間曲面，形狀比較復雜，屬于可展曲面，因而存在將平面膜材經過裁剪構成空間曲面問題。
3.2.1 膜結構設計計算包括初始形態分析、荷載效應分析與裁剪分析三大部分。
3.2.2 初始形態分析為：確定的初始曲面形狀及該曲面相應的初始預應力分布。
3.2.3 荷載效應分析指對結構在荷載作用下的內力，位移進行計算。
3.2.4 裁剪分析是將薄膜面劃分為裁剪膜片并展開為平面裁剪下料圖的過程。
4 膜結構的計算。
4.1 膜結構的計算方法。
4.1.1 主要有三種計算方法：力密度法、動力松弛法、非線性有限元法。
4.1.2 力密度法是將薄膜結構離散為由節點和桿件組成的索網結構，在給定的幾何拓撲、支座位置及力密度值(索力與索長比)下，求解節點坐標的線性方程組后求得結構的變形。
4.1.3 動力松弛法是將薄膜結構離散為節點之間的連接單元，對各節點施加激動力產生振動，然后跟蹤各節點的振動過程直至最終求得結構平衡狀態。
4.1.4 非線性有限元法是將薄膜結構進行有限元離散分析，以過求解大位移小應變幾何非線性有限元方程，求得膜結構的內力和變形。
5 膜結構A應力和結構安全。
5.1 膜結構的允許應力和安全系數。
5.1.1 膜結構是一種新型的建筑結構形式，它在荷載作用下，內力變形比較復雜，設計計算當中應盡量避免膜材出現較大應力導致過大的變形。
5.1.2 根據國內外的經驗和國際標準，膜結構的設計一般采用允許應力法對膜材的應力來控制，即荷載作用下的膜材應力不大于材料的允許應力，允許應力則由膜材的抗拉強度除以安全系數求得。
Σ
式中：σ——膜材中的應力
fu——膜材的抗拉強度
K——安全系數
5.1.3 因為膜材的生產條件、質量等原因，膜結構對材料的要求比較高，不能有缺陷，因此根據國內外經驗，長期荷載作用下取K=8，短期荷載作用下取K=4。
6 膜結構幾何與材料的非線性問題。
6.1 膜結構中的索和膜材料均屬柔性材料，只能承受拉力而不能承受壓力、彎矩等作用。所以膜結構是主要通過變形(曲率變化)來平衡外荷載，即必須考慮結構的幾何非線性效應，近似的可以按彈性材料考慮。這樣大大簡化膜結構的設計。
7 膜結構的邊界問題。
7.1 膜結構的邊界條件。
7.1.1 膜結構計算模型的邊界支承條件取決于膜材與邊緣構件，分柔性索和剛性構件。假定固定支承或彈性支承。
7.1.2 假定骨架支承的結構剛度很大，可以將膜材支骨架處的連接認為是固定支承邊界，在一般情況下，可以將膜材與承骨架的連接處認為是彈性支承。
7.1.3 膜結構支承骨架影響計算中主要考慮剛度問題，對支座反力和支承骨架進行計算。防止過大變形產生較大位移的發生。
8 膜材使用。
8.1 膜材的松弛的褶皺。
8.1.1 膜結構中膜材松弛，會導致結構剛度降低，尤其是在風荷載作用下容易出現劇烈振動，使用結構受力大幅度增加，導致膜撕裂，結構破壞。
8.1.2 膜材的松弛所引起的褶皺，會影響膜結構美觀和排水性能。
8.1.3?搖在正常使用狀態下，膜材不應出現松弛與褶皺現象。
8.1.4 如果出現膜結構松弛和褶皺，說明不能滿足正常使用，需重新進行初始化形態分析。
結束語：膜結構是一種全新的建筑結構形式，它集建筑學、結構力學、化工材料力學、計算機使用技術為一體。它具有很高的科技含量，它的優美曲面形態，體現了建筑美感，同時映證和體現了以人為本，自然與人，動靜結合，天人合一的生態和諧思想，也可以成為最有吸引力、標志性建筑。
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