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张拉膜找形分析

日期:2015-5-28 9:58:19 | 阅读:368

    张拉膜找形分析是工程师应用专业计算软件对建筑师提出的初步建筑形式和概念设计进行数值分析,或用物理模型模拟,寻找是否存在合理膜曲面,以及曲面的具体形态的一个过程。初始形态是否就是建筑师和业主所期望的造型呢,如不满意,建筑师与结构工程师紧密配合,协同工作,创造出更具特色的作品。
    张拉膜找形分析与建筑师的关系主要是为追求建筑特色与技术实现的统一,具体考虑因素包括:膜建筑物理指标,防火,年限等,以及不同膜具有不同合理经济张拉跨度与曲率;主要控制参数,如跨度,柱距、拱壳矢高、膜面曲率、拉索曲率等;基本的形式与体系,创作意图。围绕创作主题,不断调整,进而完善,升华。
    张拉膜找形分析的方法目前主要是计算机模拟技术,有力密度法、动力松弛法、小模量几何非线性分析方法,以及一些特殊方法,如面力密度法,受约束最小曲面法等,物理模型是找形分析的有益补充和工具,用皂泡、弹力丝绸等可确定膜面自然等应力最小曲面,准确合理、清晰直观,但如何将得到的曲面转化为工程应用比较复杂困难。
    膜结构的形态与体系是建筑与结构的统一,稳定的张拉膜曲面为负高斯曲率曲面,其最基本单元为马鞍形双曲抛物面和锥形双曲面。充气膜曲面为正高斯曲率曲面,平拉膜为零高斯曲率曲面。任何复杂建筑形体都由基本形式进行组合,并通过调整具体参数实现设计。
    预张力是找形分析重要参数,与膜材,结构体系,膜单元形式、外荷载以及安装方法等密切相关,需综合分析选择。不同膜材具有不同的极限强度、线弹性模量、徐变特性与应变补偿值,柔性、半柔性体系结构特性受预张力影响大,而刚性体系影响小,在任何外荷载作用下,膜结构内任何一点两主应力不应同时小于零(褶皱)。
    张拉膜空间曲率与预张力是一组紧密关联参数。曲率愈大维持稳定性预张力愈小,曲率愈小则预张力愈大。曲率太小,预张力很大,虽然结构抵抗外荷载能力大,反之则小。但片面增加预张力来平衡外荷载或者保证计算收敛,将导致下部结构过于不合理增强,以及预张力能否在施工中引入和保持。因此,适当曲率与合理预张力才能实现膜结构“形”与“态”的完美结合,保证合理结构形态与经济性。
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