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景观膜结构设计的找型和方法

2020-08-17 14:13

  规划部分水面和布置若干水景是许多新的居住区规划的项目。除此之外,还有一些大广场和草地铺成的地区,以及一些西方雕塑框架。一些地区引进了异域景观、异域花卉和植物。更重要的是,区内以各种新材料组成的景观膜结构,不仅造型独特,而且方便人们施工。然而,如何设计这些景观膜结构并不是所有住宅物业都能理解的。

  膜结构设计主要包括四个主要问题:形状设计、初始平衡形状分析、载荷分析和切割分析。通过形状设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体积,确定控制点坐标、结构形式、膜的选择和施工方案。

  初始平衡形状分析称为找形分析。找形分析产生三维不可展空间曲面。在整个膜结构工程中,如何通过切割和拉伸二维材料来形成所需的三维空间表面是一个关键问题,这是切割分析的主要内容。由于膜材料本身没有压缩刚度和弯曲刚度,抗剪强度很差,需要通过膜面曲率变化和膜面预应力来提高膜材料的刚度和稳定性。膜结构在任何时候都没有应力自由状态,因此膜面形状必须满足一定边界条件和预应力条件下的力学平衡,并以此为基准。进行了载荷分析和切削分析。

  目前,动力松弛法、力密度法和有限元法是膜结构找形分析的主要方法。膜结构中考虑的荷载通常是风荷载和雪荷载。膜材料在荷载作用下变形较大,荷载分布随形状的变化而变化。因此,采用几何非线性方法对结构的变形和应力进行了准确计算。

  载荷分析的另一个目的是确定电缆和薄膜的初始预紧力。在外荷载作用下,一个方向的应力增大,另一个方向的应力减小,这就要求在不利的荷载作用下,初始拉应力不减小到零,即不产生褶皱。由于膜材料比较软,固有频率很低,在风荷载作用下容易产生风振,导致膜材料的破坏。当初始预应力过大时,膜材料的涂层增加,膜材料易老化,强度储备小,受力构件的强度要求也高,增加了施工和安装的难度。因此,初始预应力的确定应通过荷载计算来确定。

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