骨架承重式膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

骨架承重式膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析有關(guān)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)論文在網(wǎng)絡(luò)上的資料很少，而有關(guān)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的文章也是在表面層次的一種形式上的探討，不夠深入。同濟(jì)大學(xué)出品的3D3S軟件的膜結(jié)構(gòu)說(shuō)明書也僅僅是針對(duì)操作流程這一塊的介紹，因此，作為鋼結(jié)構(gòu)的一部分，本文對(duì)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析作一個(gè)深入的探討。本文以一個(gè)實(shí)際的工程作為案例進(jìn)行分析，研究膜結(jié)構(gòu)更深入的結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)方案1.1工程概況工程名稱：常州東方車世界二手車市場(chǎng)停車棚結(jié)構(gòu)形式：骨架承重式膜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)布置圖見(jiàn)下圖所示荷載信息：恒荷載：0.1kN/㎡，活荷載（雪荷載）：0.35kN/㎡，風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓0.4kN/㎡，根據(jù)荷載規(guī)范GB50009-2012第8.3.1條的規(guī)定，風(fēng)壓和風(fēng)吸均有可能出現(xiàn)，故采用兩種情況的風(fēng)荷載，體型系數(shù)見(jiàn)下表迎風(fēng)面背風(fēng)面0.220.37-0.22-0.37不考慮地震作用。最終膜單元預(yù)張力采用1.3N/㎡。本工程采用同濟(jì)大學(xué)出品的3D3S膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊軟件計(jì)算，在本文中會(huì)對(duì)軟件的操作作以詳述，采用膜材為廣州鉅龍生產(chǎn)的M1212聚酯（滌綸），涂層PVC，面層PVF。膜材材性為彈性模量E=500N/㎡，張拉強(qiáng)度為90N/mm，剪切模量105N/㎡，泊松比為0.3，t=1mm。1.2方案示意圖圖1停車棚結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖圖2結(jié)構(gòu)平面布置圖結(jié)構(gòu)建模2.1三維結(jié)構(gòu)模型的建立2.1.1結(jié)構(gòu)布置注意要點(diǎn)：模型的建立合適與否，對(duì)后續(xù)結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算及驗(yàn)算會(huì)產(chǎn)生很大的影響，所以，這是很關(guān)鍵的一步。本案例建模的關(guān)鍵是要將所有的系桿都參與到三維建模之中。因?yàn)槿绻皲摻Y(jié)構(gòu)二維建模一樣，受力構(gòu)件只是剛架的話，膜面經(jīng)向的預(yù)張力無(wú)法抵消，不僅如此，還會(huì)造成膜面過(guò)大而預(yù)張力不足，導(dǎo)致膜面松弛；過(guò)于提高預(yù)張力還會(huì)導(dǎo)致最大主應(yīng)力超限造成膜面拉破。本案例初步設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同樣的剛架，在去掉跨內(nèi)系桿建模的情況下，膜面未通過(guò)驗(yàn)算的比率高達(dá)12%，而未通過(guò)的原因是膜面松弛，在中間跨系桿參與膜結(jié)構(gòu)的邊界支承的情況下，膜面共有8個(gè)單元出現(xiàn)松弛，占總面積的0.33%。所以，改變支座支承條件可以改變膜面的受力情況。處和邊緣部位的膜材取0.75，為膜材抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)第一類荷載效應(yīng)組合取5.0；對(duì)第二類組合取2.5。在第一類荷載效應(yīng)組合下，膜面不得出現(xiàn)松弛，即最小主應(yīng)力應(yīng)大于0，膜面的折算應(yīng)力應(yīng)滿足其中為維持膜結(jié)構(gòu)曲面形狀所需的最小主應(yīng)力值，可取初始預(yù)張力值的25%。在第二類荷載效應(yīng)組合下，膜面由于松弛而引起的褶皺面積不得大于膜面面積的10%。本工程驗(yàn)算結(jié)果如下：第一類荷載效應(yīng)組合下，滿足，滿足所有膜面均滿足規(guī)范要求。第二類荷載效應(yīng)組合下，滿足，滿足所有膜面均滿足規(guī)范要求。工程案例總結(jié)結(jié)果表明，膜結(jié)構(gòu)的邊界條件和施加的預(yù)張力會(huì)對(duì)膜面的受力影響較大。通過(guò)多次建模、分析計(jì)算與驗(yàn)算，反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)的模型，最終使得結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范規(guī)程的要求，也總結(jié)了一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念上的經(jīng)驗(yàn)：如果膜面出現(xiàn)松弛，即表明找形不正確或存在病態(tài)，影響此現(xiàn)象的操作有改變邊界條件、改變預(yù)張力。若有較多的膜面出現(xiàn)松弛，表明膜面過(guò)大，需要減小膜面，即可增加膜邊界