膜结构技术规程 CECS158：2015

admin1

5??结构计算5．1??一般规定5．1．1??膜结构的初始形态确定、荷载效应分析、裁剪设计是相互影响、相互制约的过程，需要反复调整。同时还要考虑施工过程的实现，如施工工艺、初始预张力等问题。????初始形态分析主要是确定满足一定初始应力分布的膜结构在自平衡状态下的几何形状。荷载效应分析主要是计算在荷载作用下满足静力平衡条件的结构内力和位移。裁剪分析主要是将空间膜曲面适当剖分并展开为平面，计算确定预张力影响下膜材的裁剪下料图。5．1．2??膜结构的计算分析方法很多，目前得到公认并被广泛应用的主要有三种：非线性有限元法、动力松弛法和力密度法。????非线性有限元法是将膜结构进行有限元离散，采用大位移小应变的几何非线性有限元方法对膜结构进行分析，得到结构的位移和内力。基本计算公式如下：????式中：[KL]——线性刚度矩阵；??????????[KNL]——非线性刚度矩阵；??????????{P}——荷载列向量；??????????{F}——等效结点力向量。????动力松弛法是将膜结构离散为结点和结点间的连接单元，通过对各结点施加激振力使之产生振动，然后逐步跟踪各点的振动过程直至最终求得结构平衡状态。基本计算公式如下：????式中：Vt-△t/2ij——时间间隔t—△t～t内结点i在xj方向的平均速度；??????????Vt+△t/2ij——时间间隔t～t＋△t内结点i在xj，方向的平均速度；??????????Mi——i结点的虚拟集中质量；??????????Rtij——t时刻作用在结点i上的xj方向的残余力；??????????△t——时间间隔。????力密度法是将膜结构离散为由结点和杆件组成的索网结构，在给定的几何拓扑、支座位置和力密度值(即索力与索长之比)下，通过求解节点坐标的线性方程组来确定结构的变形。基本计算公式如下：????式中：[D]——由杆件力密度组成的对称矩阵；??????????{X}——结点坐标列向量；??????????{P}——荷载列向量。5．1．3??膜结构中的索、膜构件只能承受拉力、不能承受压力和弯矩作用，对外荷载的抵抗主要通过变形来实现，因而膜结构在外荷载作用下变形较大，计算时应考虑结构的几何非线性。膜材是非线性材料，其应力-应变曲线在应力较大时变化较大，但通常设计应力比断裂强度小得多，此时可近似认为膜材是线弹性的。5．1．4??由于支承结构变形对膜结构内力分布影响较大，膜结构设计时宜考虑膜与支承结构协同工作。对于骨架支承式膜结构，由于支承结构均为刚性体系(如钢桁架、拱或网架等)，变形较小，计算时可将膜与刚性骨架连接处近似视为固定支承边界。对于其他形式膜结构，计算时应将膜与支承体系一起进行整体分析。5．1．5??膜结构自重一般较小，地震对结构的影响较小，故设计时可不考虑地震作用，但地震对支承结构的影响应予考虑。5．1．6??空气支承式膜结构是通过保持内部气压来维持结构形状并抵抗外荷载的。同时，内压又是作用在结构上的荷载，应与其他荷载一起参与组合。内压是结构设计中的一个可变参数，可以根据外荷载的情况加压或减压，以调整结构的刚度和强度。????最大工作内压是指当结构处于不利的外界环境时，为防止结构出现过大变形，如由于积水(雪)造成膜的凹陷、大风天气引起的膜体摆动等，由设计人员为操作人员确定的可以使用的最大内压。确定最大工作内压应考虑材料的设计强度、人员或设备出入口的强度、风机的选型、外界荷载类型等多种影响因素。????最小工作内压是指在正常气候和使用条件下，保持结构稳定所需的最小压力值。当恒荷载被分散到一定的影响区域时，最小工作内压应超过单位面积上恒荷载的最大值。????正常工作内压是由设计人员确定的一个压力范围。在正常工作内压下，结构在常遇荷载作用下能够保持稳定。正常工作压力应根据使用情况和进出情况，在最小工作内压至最大工作内压之间变化。在公共聚会场所，为保证环境的舒适度，应适当减小出入口处的风速和作用在门上的压力，工作内压不宜超过300Pa；对主要用于仓储的场所，当车辆进出时工作内压值可以取大一些，以保证结构的稳定性。工作内压要以在当时外荷载下保证结构的正常使用为原则来确定。