膜结构初始形态确定、荷载效应分析、裁剪设计是相互影响、相互制约的过程需要反复调整。同时还要考虑施工过程的实现,如施工工艺、初始预张力等问题。 初始形态分析主要是确定满足一定初始应力分布的膜结构在自平衡状态下的几何形状。荷载效应分析主要是将空间膜曲面适当剥分并展开为平面,计算确定预张力影响下膜材的裁剪下料图。
2) 膜结构的计算分析方法很多,目前得到公认并被广泛应用的主要有三种:非线性有限元法、动力松弛法和力密度法。
3) 非线性有限元法是将膜结构进行有限元离散,采用大μ移小应变的几何非线性有限元方法对膜结构进行分析,得到的结构的位移和内力。
4) 动力松弛法是将 膜结构离散为节点和节点间的连接单元,通过对各节点施加激振力使之产生振动,然后逐步跟踪各点的振动过程直至最终求得结构平衡状态。
5) 力密度法是将膜结构离散为由结点和杆件组成的索网结构,在给定的几何拓扑、支座位置和力密度值(即索力与索长之比)下,通过求解结点坐标的线性方程组来确定结构的变形。
6) 膜结构中的索、膜构件只能承受拉力、不能承受压力和弯矩作用,对外荷载的抵抗主要通过变形来实现,因而膜结构在外荷载作用下变形较大,计算时应考虑结构的几何非线性。 膜材是非线性材料,其应力应变曲线在应力较大时变化较大,但通常设计应力比断裂强度小的多,此时可近似认为膜材是线弹性的。
7) 由于支承结构变形对膜结构内力分布影响较大,故 膜结构设计时宜考虑膜与支承结构协同工作。对于骨架支承式膜结构,由于支承结构为钢性体系(如钢桁架、拱或网架等),变形较小,故计算时可将膜与钢性骨架连接处近似视为固定支承边界。对于其他形式的 膜结构,计算时应将膜与支承体系一起进行整体分析。
8) 膜结构自重较小,地震对结构的影响也较小,故设计时可不考虑地震作用,单地震对支承结构(包括骨架支承式 膜结构的承重骨架)的影响应予考虑。 |