膜结构设计中应考虑哪些因素?

来源: 奥克金鼎 人气:139 发表时间:2021/03/01 16:46:41

    膜结构通过结构表达其造型,当将空间膜面分成膜条时,应充分考虑膜条的边缘线(即热封接缝)对美观的影响;同时,膜是正交异性材料。为了使膜结构力学性能最佳,应保证织物的经纬方向尽可能与曲面上的主应力方向一致;此外,最少的材料消耗和最短的缝线也是膜细分必须考虑的因素。

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    采用基于概率论的极限状态设计方法,并采用分系数的设计表达式进行计算。根据建筑物的性质和等级,使用寿命,使用功能,结构跨度,防火要求,区域自然条件和膜材料耐久性的要求来选择膜材料。


    在给定预应力分布的形状的情况下,预先假定膜结构中的应力分布,然后根据合理的应力或经济性原理,通过分析和计算获得膜的初始几何状态。几何边界条件的形状确定:预先确定膜结构的几何边界条件,然后计算和分析预应力分布和空间形状。


    应根据特殊条件(例如负载,支撑条件,制造和加工条件以及施工条件)进行。设计内容包括形状设计,载荷分析,切割设计,连接设计和支撑结构设计。


    将空间胶片带扩展为平面胶片,即将胶片带的三维数据转换为相应的2D数据,既简单又可行。但是,如果薄膜带本身是不可膨胀的表面,则需要将薄膜带细分成多个单元并通过合适的方法将其展开。扩展过程是近似的。为了确保相邻单元的协调,在扩展过程中应最小化单元的边长变化。


    形状设计,载荷分析和切割设计应根据施工过程进行整合。膜材料只能承受张力,而不能承受压力和弯矩。膜表面的最大主应力应小于膜材料的强度设计值。在长期载荷下,最小主应力应大于或等于保持其初始平衡形状的应力值。根据形状和从形状分析获得的初始应力分布进行载荷分析。这是在各种载荷组合下检查结构的强度和刚度是否满足预定要求的过程。


    载荷分析基本上使用非线性有限元方法,即将结构分为单元和节点,并且节点相互连接。外部负载作用在节点上,并通过建立节点的平衡方程来获得解决方案。


    在一体化设计中,应考虑膜材料的松弛,蠕变和老化。在设计中,应考虑更换膜材料对整个结构的影响;当膜材料受损时,支撑结构仍应保持其自身的强度和刚度以及稳定性。

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