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    膜结构设计与计算

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    1.一般规定
       (1)
    膜结构中钢结构设计部分应符合钢结构设计规范的要求及其它有关规定。
       (2)
    膜结构应进行在外荷载作用下的内力和位移计算,并应根据具体情况,对温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的内力、位移进行计算。
       (3)
    膜结构计算应根据其大变形的特点考虑几何非线性的影响,对于材料性质可按照线性考虑。
       (4)
    膜结构中的索、膜只能承受拉力,不能承受压力和弯矩。设计时应尽量避免在正常使用情况下索膜松弛情况的发生。
       (5)设计中,应保证在荷载作用下膜材料的应力应不大于材料的容许应力。

     2. 荷载及荷载效应组合
       (I)
    膜结构中钢结构设计部分的荷载及荷载效应组合应按照建筑结构荷载规范进行计算。
       (2)作用于膜结构上的荷载应考虑恒荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载及初始预张力等。荷载标准值应按照建筑结构荷载规范中的有关规定进行取值。
       (3)
    膜结构设计中风荷载的体形系数应该进行专门研究或通过风洞实验来确定。
       (4)膜材的内力、应力计算应考虑荷载的短期和长期效应组合,按几种方式进行组合。

     3.设计步骤
        (I)
    膜结构的受力状态可分成预应力零态、预应力成形态和受荷状态,其全过程分析包括形状分析、荷载分析、裁剪分析及施工过程设计等。
        (2)形状分析应确定满足一定初始应力分布的膜结构在自平衡态的几何形状,形状分析是进行荷载分析和裁剪分析的基础。
         (3)荷载分析要确定满足静力平衡条件的膜结构在荷载作用下的内力和位移。
        (4)裁剪分析就是将空间不可展曲面根据几何拓扑学理论进行适当的剖分,将剖分的膜片展开为平面,并根据补偿法原理确定膜材料的裁剪样式。
         (5)施工过程设计阶段应选择确定合理的施工步骤和施工工艺,确保施工过程的安全可靠,包括确定引入初始预张力的步骤、安排施工的先后顺序等。
          (6)
    膜结构的形状分析、荷载分析、裁剪分析和施工过程设计是相互影响、相互制约的,需要反复调整,才能最终得到一个满足建筑、结构要求的曲面形状和 合适的裁剪方式,按照正确的施工顺序,将膜结构张拉成形。

    4.分析计算方法
         (1)在
    膜结构形状分析、荷载分析阶段,常用的分析计算方法有:力密度法、动力松驰法和非线性有限元法。
         (2)膜结构的裁剪分析方法通常有刚性展平和弹性展平两种。相邻裁剪块的边界长度应相等。膜结构在裁剪分析中必须考虑张拉预应力的影响,根据膜材的应力应变关系对裁剪膜片的尺寸进行补偿。
         (3)
    膜结构在设计计算时,需对膜材的应力- 应变曲线进行线性化处理,假定膜材为线弹性材料。在处理计算结果时要考虑膜材的材料非线性及正交各向异性。

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