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如今,膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛,作為工程設(shè)計(jì)中最重要、最不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié),膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)你了解多少?
薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為以下四個(gè)主要方面:
1膜材料的組成與分類。
通常來說,膜材料是一種含氟塑料的表面涂層,通過特殊的工藝與織物布基粘合在一起。常見的氟素材料涂層有PTFE(PTFE)、PVDF(PFF)、PVC(PVC)等。主要有滌綸長(zhǎng)絲和玻璃纖維兩種織物的布基面料。
薄膜材料按其表面涂層(Coating)和織物基材(Layer)分為三大類:
(1)A類膜材為玻璃纖維布基上敷PTFE樹脂(PTFE),其化學(xué)性能極為穩(wěn)定,在露天環(huán)境中使用壽命可達(dá)25年以上,屬不燃材料(已通過A類防火試驗(yàn))。
B類薄膜材料為玻璃纖維布基上敷硅膠涂層,由于薄膜本身性能不佳,目前已基本停止使用。
C類膜材料是長(zhǎng)絲布聚酯上涂聚氯乙烯(PVC),這類膜材料受自然條件如日曬、雨淋等影響較大,一般使用壽命為10至15年,為難燃材料。
膜材料的特性及分類。
薄膜是繼木材、磚石、金屬和混凝土之后第五代建筑結(jié)構(gòu)材料,其自身的特點(diǎn)十分明顯。一、二、四、三代木材、三代鋼、二、磚石、混凝土具有較好的抗壓性能,而第五代薄膜材料只能被拉伸,不能被支撐,不能被彎曲,這是薄膜最根本的特性。具體地說,膜材料的主要特點(diǎn)如下:
膜結(jié)構(gòu)的荷載分析方法。
膜片結(jié)構(gòu)的荷載分析是在對(duì)其外形和初始應(yīng)力分布進(jìn)行形貌分析的基礎(chǔ)上,檢查結(jié)構(gòu)在不同荷載組合下的強(qiáng)度、剛度是否滿足預(yù)定要求的過程。
膜片結(jié)構(gòu)的外形理論方法各不相同,但荷載分析基本上都采用非線性有限元方法,即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點(diǎn),由結(jié)點(diǎn)連接單元,外加荷載作用于結(jié)點(diǎn),通過建立結(jié)點(diǎn)的平衡方程求解。
鑒于索膜結(jié)構(gòu)是一個(gè)大變形問題,在求解有限元方程時(shí),需要考慮位移高階項(xiàng)的影響,即考慮幾何非線性。膜材本身也是非線性的,在工程應(yīng)用中,通常不能考慮材料的非線性問題。
一、風(fēng)對(duì)載荷的影響。
薄膜結(jié)構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)顯著特征是:輕與柔。輕質(zhì)指的是結(jié)構(gòu)本身重量和慣性力較小,自重不是主要荷載,地震力可忽略不計(jì),風(fēng)荷載為主要荷載;柔質(zhì)指的是結(jié)構(gòu)無抗彎剛度,對(duì)外部荷載的抵抗是通過改變形狀來實(shí)現(xiàn)的,具有幾何非線性的特點(diǎn)。膜材的特性決定了其是風(fēng)敏感結(jié)構(gòu),抗風(fēng)設(shè)計(jì)是膜材設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。
薄膜結(jié)構(gòu)的輕柔飄浮的顯著特點(diǎn),決定了薄膜結(jié)構(gòu)在抗風(fēng)計(jì)算方面也具有自己的特點(diǎn)。
二、薄膜表面的褶皺問題。
構(gòu)造褶皺是指由于膜面在一個(gè)方向的壓應(yīng)力作用,使膜面產(chǎn)生屈曲的現(xiàn)象,而結(jié)構(gòu)松弛則是指膜面在兩個(gè)方向上均呈現(xiàn)無張力狀態(tài),因此,由于膜面的松弛不能承受任何荷載。
膜結(jié)構(gòu)的剪切分析已在上文中提及,剪切分析包括三個(gè)主要方面:形狀確定、荷載分析和剪切分析。剪切分析是指通過找形求出的空間曲面,并通過荷載分析復(fù)核。