張拉膜結構建筑的設計核心在于控制結構的邊界條件以及支承結構的幾何形狀,從而找到滿(mǎn)足設計要求的更佳膜面形態(tài)。與傳統建筑設計相比,張拉膜結構建筑設計是一個(gè)多專(zhuān)業(yè)間的相互協(xié)調過(guò)程。為了得到滿(mǎn)足功能要求的更簡(jiǎn)約設計,建筑師必須要與其他工程師緊密合作。
膜結構的設計其自身特點(diǎn)不同于一般傳統結構形式,技術(shù)上需要經(jīng)過(guò)四個(gè)步驟:
1、建筑方案設計
建筑師根據業(yè)主的意圖、功能要求、環(huán)境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空體量等,基本確定各控制點(diǎn)的坐標??紤]經(jīng)濟和施工工藝等技術(shù)條件,與膜結構工程師、業(yè)主及施工技術(shù)人員等一起 確定經(jīng)濟合理的初步設計方案。
2、找形分析
預應力值及對于索膜結構而言,在沒(méi)有施加預應力之前,是沒(méi)有結構剛度的,也就是說(shuō)膜結構任何時(shí)候不存在無(wú)應力狀態(tài)。由于膜材料本身沒(méi)有抗彎剛度,其曲面形狀與預應力值的大小和分布是一一對 應的,因此在控制點(diǎn)坐標確定后,給定一合理的預應力值及其分布,才能確定合適的膜曲面形狀。預應力值的大小與分布是需根據多方面的條件進(jìn)行反復調整后綜合確定的,這個(gè)過(guò)程叫做找形分析。此過(guò)程與方案設計過(guò)程往往密不可分,往往需反復調整方可即滿(mǎn)足建筑形狀的要求又保證結構的經(jīng)濟合理及安全可靠。
3、荷載分析
膜結構的控制荷載通常是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜結構的變形較大,因此精確計算結構的變形和應力分布要用幾何非線(xiàn)性的方法進(jìn)行。根據不同工況下計算出的索、膜、梁、桿等結構構件中的內力分布的更不利節點(diǎn)做法及構造措施等。因此,經(jīng)濟安全的索膜建筑必須經(jīng)過(guò)仔細的內力分析后才能完成,不是憑經(jīng)驗拍腦袋就能確定得了的。荷載分析的另一目的是檢驗確定索、膜中初始預應力,-般來(lái)說(shuō)在找形分析時(shí)先根據經(jīng)驗假定-預應力值及其分布,然后經(jīng)荷載分析來(lái)判定其合理性,即預應力的大小與分布應使在更不利工祝下必須滿(mǎn)足使用要求、整體和局部位移要求及排水功能等要求。
4、剪裁分析
剪裁分析就是在預應力狀態(tài)下的曲面形體上尋求合理的裁剪線(xiàn)位置及其分布,然后按照一定的方法將三 維曲面展開(kāi)為二維平面。為物盡其用,-般要按照膜材料幅寬進(jìn)行裁剪,但要兼顧到膜曲面曲率變化情況。
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