商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的設計分析主要包括形狀確定、荷載分析和裁剪分析三大方面。
1、商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的形狀確定
?。?)給定預應力分布的形狀確定問(wèn)題:預先假定商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建中應力的分布情況,再根據受力合理或經(jīng)濟原則進(jìn)行分析計算,得到膜的初始幾何狀態(tài)。
?。?)給定幾何邊界條件的形狀確定問(wèn)題:預先確定商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的幾何邊界條件,然后計算分析預應力分布和空間形狀。
常用的計算機找形方法有:力密度法、動(dòng)力松弛法、有限元法。
2、商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的荷載分析
商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進(jìn)行的,檢查結構在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿(mǎn)足預定要求的過(guò)程。商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的荷載分析基本上都采用非線(xiàn)性有限元法,即將結構離散為單元和結點(diǎn),單元與單元通過(guò)結點(diǎn)相連,外荷載作用在結點(diǎn)上,通過(guò)建立結點(diǎn)的平衡方程,獲得求解。
商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建輕、柔、飄的顯著(zhù)特點(diǎn)決定了商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建抗風(fēng)計算的內容也有自身特點(diǎn)。
?。?)靜風(fēng)壓體型系數的確定
風(fēng)荷載體型系數是描述風(fēng)壓在結構上不均勻特征的重要參數,一般結構的體形系數可以從荷載規范查得。但商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建形狀各異,不能從荷載規范直接獲得風(fēng)壓體型系數。所以,較大的商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建基本都要求進(jìn)行風(fēng)洞試驗,以獲得比較正確的商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的局部風(fēng)壓凈壓系數和平均風(fēng)載體形系數。由于風(fēng)洞試驗要滿(mǎn)足一系列的相似準則,如幾何相似、雷諾數相似等,通常要完全滿(mǎn)足這些相似條件是不可能的,因此風(fēng)洞模擬實(shí)驗結果有時(shí)會(huì )超過(guò)實(shí)測值很多。
?。?)脈動(dòng)風(fēng)壓系數的確定
商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建在荷載作用下的位移較大,結構位形的變化會(huì )對其周?chē)L(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響,所以商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的風(fēng)動(dòng)力響應過(guò)程是流固耦合過(guò)程。這種動(dòng)力過(guò)程的風(fēng)洞試驗必須采用氣動(dòng)彈性模型,因此實(shí)現起來(lái)技術(shù)難度較大。近年來(lái)發(fā)展的“數值風(fēng)洞”技術(shù)受到越來(lái)越多的重視。這種技術(shù)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將計算流體力學(xué)和計算結構力學(xué)技術(shù)結合起來(lái),用計算流體力學(xué)來(lái)模擬結構周?chē)娘L(fēng)場(chǎng),用計算結構力學(xué)來(lái)模擬商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建,再借助某些參數的傳遞來(lái)實(shí)現兩者之間的耦合作用,不過(guò),該方法還處試驗階段。
?。?)風(fēng)振動(dòng)力分析
風(fēng)力可分成平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)兩部分。平均風(fēng)的周期較長(cháng),其對結構的作用性質(zhì)相當于靜力。脈動(dòng)風(fēng)的周期較短,其對結構的作用為動(dòng)力性質(zhì)。當結構的剛度較小,自振頻率較低時(shí),在脈動(dòng)風(fēng)荷載的作用下可能產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng),所以在設計索膜這類(lèi)小剛度結構時(shí),應進(jìn)行風(fēng)振動(dòng)力計算。索商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建具有振型頻譜密集、非線(xiàn)性特征和三維效應不可忽略等特點(diǎn),針對高層和橋梁結構的風(fēng)振分析方法不能直接應用。索商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的響應與荷載呈非線(xiàn)性關(guān)系,對于索商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建定義荷載風(fēng)振系數或陣風(fēng)系數在理論上也是不正確的。
?。?)空氣動(dòng)力失穩
商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建是風(fēng)敏感結構,存在空氣動(dòng)力失穩的問(wèn)題。從本質(zhì)上看,結構空氣彈失穩是由于結構在振動(dòng)過(guò)程中從與氣流的振型耦合中吸收能量,當吸收能量大于耗散能量時(shí),就會(huì )產(chǎn)生能量累積,當這種能量累積達到某一閥值(臨界風(fēng)速)后,結構就會(huì )從一種低能量(穩定)的振動(dòng)形式躍遷到另一種高能量的振動(dòng)形式上去。所以,商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建存在設計風(fēng)速作用下的動(dòng)力失穩問(wèn)題,幸運的是至今還沒(méi)有這方面破壞的商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建實(shí)例。
3、商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建的裁剪分析
裁剪分析就是將由找形得到并經(jīng)荷載分析復核的空間曲面,轉換成無(wú)應力的平面下料圖。裁剪分析包含三個(gè)步驟:
?。?)空間膜面剖分成空間膜條
商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建是通過(guò)結構來(lái)表現造型,空間膜面在剖分成膜條時(shí),要充分考慮膜條的邊線(xiàn)即熱合縫對美觀(guān)的影響;同時(shí)膜材是正交異性材料,為使其受力性能更佳,應保證織物的經(jīng)、緯方向與曲面上的主應力方向盡可能一致;此外,用料更省、縫線(xiàn)更短,也是進(jìn)行膜面剖分必須考慮的因素。
?。?)空間膜條展開(kāi)成平面膜片
空間膜條展開(kāi)成平面膜片,即將膜條的三維數據轉化成相應的二維數據,采用幾何方法,簡(jiǎn)單可行。但如果膜條本身是個(gè)不可展曲面,就得將膜條再剖分成多個(gè)單元,采用適當的方法將其展開(kāi)。此展開(kāi)過(guò)程是近似的,為保證相鄰單元拼接協(xié)調,展開(kāi)時(shí)要使得單元邊長(cháng)的變化為極小。
?。?)應力狀態(tài)轉化到無(wú)應力狀態(tài)
從應力狀態(tài)到無(wú)應力狀態(tài)的轉化,即釋放預應力、進(jìn)行應變補償。商業(yè)廣場(chǎng)雨棚搭建是在預應力狀態(tài)下工作的,而平面膜材的下料是在無(wú)應力狀態(tài)下進(jìn)行的,為確定膜材的下料圖,需對膜片釋放預應力,并進(jìn)行應變補償。這里的補償實(shí)際上是縮減,在此基礎上加上熱合縫的寬度,即可得膜材的下料圖。