骨架承重式膜结构的设计分析.docx

--------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________骨架承重式膜结构的设计分析骨架承重式膜结构的设计分析有关膜结构的设计论文在网络上的资料很少,而有关膜结构设计的文章也是在表面层次的一种形式上的探讨,不够深入。同济大学出品的3D3S软件的膜结构说明书也仅仅是针对操作流程这一块的介绍,因此,作为钢结构的一部分,本文对膜结构的设计分析作一个深入的探讨。本文以一个实际的工程作为案例进行分析,研究膜结构更深入的结构分析。:常州东方车世界二手车市场停车棚结构形式:骨架承重式膜结构结构布置图见下图所示荷载信息:恒荷载:/㎡,活荷载(雪荷载):/㎡,风荷载:.37--。/㎡。本工程采用同济大学出品的3D3S膜结构设计模块软件计算,在本文中会对软件的操作作以详述,采用膜材为广州钜龙生产的M1212聚酯(涤纶),涂层PVC,面层PVF。膜材材性为弹性模量E=500N/㎡,张拉强度为90N/mm,剪切模量105N/㎡,,t=1mm。:模型的建立合适与否,对后续结构的分析计算及验算会产生很大的影响,所以,这是很关键的一步。本案例建模的关键是要将所有的系杆都参与到三维建模之中。因为如果像钢结构二维建模一样,受力构件只是刚架的话,膜面经向的预张力无法抵消,不仅如此,还会造成膜面过大而预张力不足,导致膜面松弛;过于提高预张力还会导致最大主应力超限造成膜面拉破。本案例初步设计进行对比发现,同样的刚架,在去掉跨内系杆建模的情况下,膜面未通过验算的比率高达12%,而未通过的原因是膜面松弛,在中间跨系杆参与膜结构的边界支承的情况下,膜面共有8个单元出现松弛,%。所以,改变支座支承条件可以改变膜面的受力情况。图3GJ1(2)以上是本工程最终的结构方案示意图。膜单元应按照合理的尺寸进行划分,本工程按照500*500三角形网格进行划分,每个编号划分经纬向5*15格。,又满足力学要求。从数学的角度上,膜面最优的曲面是最小曲面,其上的应力处处相等。由于膜面的控制点各种各样,存在脊谷索、边索等软边界;或者建筑师的要求实际工程中并不能满足所有的曲面都是最小曲面。那么可以得到一个平衡曲面,它不要求曲面上的应力处处相等,只要应力是平衡的就可以了,同时整个膜面的预张力水平保持在初始给定值附近。3D3S软件的目标是为设计人员寻找最小曲面,用户可以自由控制寻找平衡曲面,当然,计算迭代次数越多,一般情况下越接近最小曲面,膜面内应力也越均匀。设计师需要多次试算得到需要的初始形态。由于找形只是找到一个应力均匀或应力平衡的曲面,所以对材料的弹性模量没有要求。可以改变膜的弹性模量(注意,在荷载态分析和裁剪分析中必须采用真实的弹性模量)、初应力或索的预张力来调整膜的初始状态,有时也需要改变结构控制点的位置。形状参数:用于修正找形中用到的膜材弹性模量,从而改变生成的找形曲面