膜结构技术规程 CECS158：2015

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3．3??结构设计3．3．1??按照承载力极限状态和正常使用极限状态进行结构整体和构件设计时，需考虑的极限状态有：????(1)膜、索、锚固件强度可抵抗最不利载荷组合计算的内力。????(2)膜可抵抗长期载荷作用效应，如充气气压、恒载荷、膜徐变等。????(3)由于大变形可导致膜面积水，但不致需要操作人员主动干涉，结构可承受。否则，积水导致局部挠曲过大、膜受力过大、膜失稳塌落。充气膜结构具有比传统普通结构大的变形，改变气压可部分控制结构刚度，相应控制变形。(变形刚度限值)????(4)未变形状态膜、索与内外物体保持合适净间距，取使用载荷和正常工作内压下挠度2倍。否则，易导致膜、索被内外物体刺破、磨损，或者损坏内部的灯、管线等。应避免尖锐物体超过设计净空限制。????(5)膜结构金属构件或连接件应防腐，不致由于腐蚀影响结构安全度。????(6)确定构件(特别是膜)抗力时需考虑环境老化影响。老化不仅与材料有关，还与使用环境(如紫外线、温度变化、湿度等)有关。????其中，(1)、(2)、(5)、(6)为承载力极限状态，(3)、(4)为正常使用极限状态。3．3．2??国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB?50068修订后对结构重要性系数γ0做了两点改变：①γ0不仅考虑结构的安全等级，而且考虑了结构的设计使用年限；②将原标准取值中的“等于”改为“不应小于”，使不同投资者对结构安全度设计有更多的选择余地。对于一般工业与民用建筑膜结构，其安全等级多为二级，其设计使用年限为50年，因此其结构重要性系数不应小于1．0；对于设计使用年限为(15～25)年的易于替换的膜材，其结构重要性系数可适当降低，取为不小于0．95；对于临时性的膜结构，设计使用年限为5年，其结构重要性系数取为不小于0．9。应该指出：膜结构下部的钢或钢筋混凝土承重结构，其设计使用年限仍可采用50年，当膜结构达到设计使用年限时，可以更换膜材，从而达到与下部结构同样的设计使用年限。3．3．3??永久荷载和可变荷载的分类参见现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB?50009-2012第3．1．1条。????膜结构的恒荷载包括：膜、索、连接件自重，吊挂设备(如照明、音响、管槽线、内衬膜、隔热层、自动喷淋、监测控制管线和设备等)自重。????膜结构的施工检修荷载不仅要考虑均布荷载，还需考虑集中荷载的影响，集中荷载的大小和作用位置，应根据安装方式和结构形状确定。????内气压是充气膜结构所特有的参数，它既是一个结构内部抗力特性参数，又是一种长期载荷。保持合适内气压值可保证结构合理刚度、形态稳定和材料强度，在各种设计载荷下，膜面不出现过大变形、振动、褶皱、局部低沉凹陷等。3．3．5??由于膜结构受力具有较强的几何非线性，其各项荷载不能进行线性组合，因此本条规定采用两种组合类别。其中第一类组合相当于长期(持久)荷载组合，第二类组合相当于短期(临时)荷载组合，并以抗力分项系数进行调节。????对于空气支承式膜结构，应分别按正常工作内压和最大工作内压两种情况，按条文表3．3．5的荷载效应组合进行计算。3．3．6??风荷载是膜结构的主要荷载。由于膜结构的体型较复杂，而现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB?50009所提供的建筑体型有限，所以膜结构的风荷载体型系数一般都需要通过风洞试验来确定。当所设计的膜结构为园林景观小品或临时性建筑时，可参考以往的工程确定风荷载体型系数。本规程附录A列出的风荷载体型系数系根据哈尔滨工业大学所做的风洞试验结果以及参考有关国内外资料汇编而成。3．3．7??由于作为屋面结构的膜结构，其曲面多为负高斯曲率曲面，结构上的雪荷载一般为非均匀分布，因此应根据不同的曲面形状、曲率变化调整雪荷载的分布。????本条还强调消除或减小雪荷载的除雪措施，通常可采用的除雪方法有：融雪法、除雪法或两者结合。????融雪法是通过引入适当热量，加速膜表面雪的融化，不致在屋面形成大量积雪。融雪系统设计需要进行合理准确的热功计算，考虑建筑容积、屋面表面积、膜导热性、空气对流、充气渗气等热损耗，散热元件功率、效率等。另外，在结构分析时应考虑最大可能积雪和飘积率，以此作为设计雪载荷。????除雪法是采用合适的除雪措施，及时消除屋面积雪。可采用的除雪措施有：高压喷水(可以为温水，同时起到融雪作用)、振动(振动膜面，使雪滑落)、绳索推刮(由索将膜面积雪刮落)。除雪法适用于中小型工程。????上人除雪不能作为一般除雪方法，但在特殊情况下或局部可采用。3．3．8??膜结构设计中，除了保证结构体系的整体稳定外，还应保证在局部膜片破坏或局部索退出工作时不应引起结构整体失效。由于膜材在拉应力作用下存在松弛、徐变等问题，张拉式膜结构在正常使用(1～2)年后需要进行第二次张拉，结构设计时应考虑二次张拉对结构整体的影响。????由于材料自身存在老化问题，各类膜材均有一定的使用年限。对于永久性建筑，当膜材达到使用年限或部分膜片在使用期间出现破损时，需要更换膜材，这一点在结构整体设计时宜予以考虑。3．3．9??膜结构设计时，可考虑采用下列方法施加预张力：在边缘直接张紧膜面[图1(a)]；拉紧周围边索[图1(b)]；拉紧稳定索[图1(c)]；顶升中间支柱[图1(d)]等。图1??膜面施加预张力的方法