膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括體形設(shè)計(jì)、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設(shè)計(jì)確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)和廣州亞運(yùn)會(huì)的舉行，以及各種類型的展覽館建設(shè)，使得我國迎來了膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展高峰期，這幾年間我國膜結(jié)構(gòu)建筑的建造規(guī)模擴(kuò)張非常迅速。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強(qiáng)主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來提高，對膜結(jié)構(gòu)而言，任何時(shí)候不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀較終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行荷載分析和裁剪分析。膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動(dòng)力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進(jìn)行。荷載分析的另一個(gè)目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個(gè)方向應(yīng)力增加而另一個(gè)方向應(yīng)力減少，這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在較不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。因?yàn)槟げ牧媳容^輕柔，自振頻率很低，在風(fēng)荷載作用下極易產(chǎn)生風(fēng)振，導(dǎo)致膜材料破壞，如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強(qiáng)度儲(chǔ)備少，對受力構(gòu)件強(qiáng)度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過荷載計(jì)算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個(gè)膜結(jié)構(gòu)工程中較關(guān)鍵的一個(gè)問題。

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膜結(jié)構(gòu)施工遇到的問題

問題4：

問題描述：頂棚張拉膜度情況未檢查膜完全遮住鋼構(gòu)，局部鋼構(gòu)偏差過大后期無法修復(fù)。

解決辦法：后期膜結(jié)構(gòu)施工糾正施工順序，拉膜時(shí)候的修整。

問題5：

問題描述：鋼結(jié)構(gòu)補(bǔ)漆不到位，局部正偏差過大未及時(shí)處理，導(dǎo)致后期的補(bǔ)漆后余留個(gè)別部位后處理，影響觀感質(zhì)量與施工質(zhì)量。

解決辦法：鋼結(jié)構(gòu)安裝完成時(shí)對鋼構(gòu)件進(jìn)行檢查，比較困難補(bǔ)漆的部位提前處理到位后在大檢查。

問題6：

問題描述： 補(bǔ)漆地面為預(yù)防污染較嚴(yán)重，表面殘留油漆及砂漿難清理。

解決辦法： 后期膜結(jié)構(gòu)施工中預(yù)防。

問題7：

問題描述：充氣膜的防火門與膜接觸部位不緊密。

解決辦法：后期施工中增加防火門包邊，消除接觸不緊密的隱患。

膜結(jié)構(gòu)在中國也不乏工程實(shí)例，其中規(guī)模大、有影響力的膜結(jié)構(gòu)要數(shù)1997年竣工的上海八萬人體育場看臺(tái)罩棚張拉膜結(jié)構(gòu)工程。膜結(jié)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)膜結(jié)構(gòu)的清潔：膜結(jié)構(gòu)膜面上污垢的堆積與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件、膜結(jié)構(gòu)膜材特性和膜面的形狀有關(guān)。但該膜結(jié)構(gòu)為美國Weidlinger公司設(shè)計(jì)制作，由此也可以看出中國在該領(lǐng)域與國外先進(jìn)國家的差距很大。影響中國膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用的主要因素有:國產(chǎn)膜材料性能差，而進(jìn)口膜材料價(jià)格高;尚無商業(yè)性的膜結(jié)構(gòu)計(jì)算南輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng);人們對膜結(jié)構(gòu)缺乏足夠的認(rèn)識(shí)等。1970年日本大阪萬國博覽會(huì)上的美國館和富士館均采用了膜結(jié)構(gòu)建筑，在建筑行業(yè)引起了不小的轟動(dòng)。1996年亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)的'佐治亞穹頂'，擬橢圓形的尺寸達(dá)240m*193m。為了慶祝新千年的到來，英國在倫敦建成了直徑達(dá)320m的'千氣穹頂'。整個(gè)展覽大廳總面積為8萬平方米。覆蓋其上的是72塊聚(PVC)涂層的玻璃纖維織物板，千年穹頂以其獨(dú)特的膜結(jié)構(gòu)，顯示了當(dāng)今建筑技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展水平。