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索膜结构设计的特性

2022-04-01 11:36:48

  索膜结构又叫张拉膜结构, 张拉膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。

索膜结构

  索膜结构多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化,新颖美观,同时体现结构之美,且色彩丰富,可创造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。其次,膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1/30,这是其它形式所不能比拟的。其三,施工周期短。其四,膜材有较高的反射性及较低的光吸收低,并且热传导性较低,这极大程度上阻止太阳能进入室内。另外,膜材的半透明性保证了适当的自然漫散射光照明室内。因此能耗很低。

  索膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四个主要方面问题。通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量,确定各控制点的坐标、结构形式,选用膜材和施工方案。初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。

  由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度,抗剪强度也很差,因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预张应力来提高,对膜结构而言,任何时候不存在无应力状态,因此膜曲面形状zui终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡,并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。目前膜结构找形分析的方法主要有动力松驰法、力密度法以及有限单元法等。荷载分析既是分析结构在各种荷载工况下的响应。而另一个目的是确定索、膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应力减少,这就要求施加初始张应力的程度要满足在zui不利荷载作用下应力不致减少到零,即不出现皱褶。因为膜材料比较轻柔,自振频率很低,在风荷载作用下极易产生风振,导致膜材料破坏,如果初始预应力施加过高,膜材徐变加大,易老化且强度储备少,对受力构件强度要求也高,增加施工安装难度。因此初始预应力的确定要通过荷载计算来确定。


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