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膜结构工程的找形部分具体是怎样的呢？
来源：www.mjgkantai.com 发布时间：2020年04月28日
膜结构工程建筑虽是从西方国家引入的,但是我国在这一块领域上应用并不差,针对于这种工程建筑而言,其在造型上往往比较多变性,对于这种工程的搭建而言,其膜结构的造型不仅仅是为了美观,更是为了保证膜结构建筑的稳定牢固,所以在设计时的找形就非常重要,在这里小编就针对于膜结构工程找形部分向大家做出解析,希望能够解答大家对此方面的疑惑!
1.膜结构找形的重要性
膜结构找形是膜结构设计的起始步骤,在这一过程中,需要综合考虑建筑的平面/立面要求和建筑功能,以及下部支承条件等因素来确定符合边界条件和力学平衡要求的曲面形状.实际上膜结构的设计打破了传统的“先建筑,后结构”的设计方式,要求建筑师和结构师在方案建议阶段便紧密结合在一起,共同确定建筑物的外形.
从力学的角度来看,膜结构的找形问题可以归结为求解空间曲面的初始平衡问题.这一问题包含了如下几个重要参数:
（1）结构拓扑关系;
（2）体力和面力;
（3）结构几何形状;
（4）几何边界条件;
（5）初始预张力的大小和分布.
其中,结构拓扑关系是指不同结构构件之间的连接关系,在计算机有限元模型中,也可以将其理解为结构单元之间的连接关系.体力和面力是指结构自重和外荷载,在找形阶段外荷载通常为零.结构几何形状是找形阶段所要求解的,一般属于未知量.几何边界条件和初始预张力通常由结构工程师根据建筑条件和施工条件等因素来综合确定,是找形阶段的主要自变量.可以说,找形就是寻求以上诸多因素的平衡点.
2.膜结构找形注意事项
（1）曲面的弯曲应在两个方向上互反,即应为负高斯曲面.张力膜结构受风压力和风吸力作用,利用方向互反的曲面,可以使膜面在两个方向上相互制约,有效传递外荷载;
（2）避免出现大面积的扁平区域.曲面上出现大面积的扁平区域,意味着曲面的自然刚度低,承受竖向荷载的能力弱,容易积水或积雪;为了增加扁平区域曲面的刚度,需要给曲面施加非常大的预应力,这就会导致作用于边界构件上的力很大,甚至无法实施;
（3）曲面上的高低起伏宜平缓,避免出现“尖角”.曲率变化过于剧烈会导致应力集中;
（4）合理确定支承点的位置,以保证膜面具有较大的曲率.沿膜主曲率方向的拱高与弦长之比宜大于1:20;
（5）在条件许可的条件下,宜优先选择柔性边缘构件（索）和活动式连接方法（如桅杆顶部采用浮动式帽圈/节点用铰接连接构造）,以适应变形/保证膜内应力尽可能均匀,避免在荷载作用下膜材出现应力集中或褶皱;
（6）对于比较重要的膜结构,应在膜材之外布置适当数量的附加拉索对主要支承构件进行固定,以保证结构不会因膜材的破损而倒塌;
（7）支承结构的布置还要考虑具体的施工过程/二次张拉和膜材更换等问题;
（8）单片膜的跨度不宜超过15米,覆盖面积不宜超过400米;如果超过此限值,应适当增设加强索;
（9）预张力的大小需要预期的形状和设计荷载来确定.在设计荷载的作用下,应保证结构内部具有维持曲面形状的拉应力值.预张力过小会导致结构在风荷载的作用下出现较大的振动;预张力过大又会给支承结构（包括基础）的设计和施工张拉带来困难.通常对于PVC膜材,预张力水平为1～3kN/m,对于PTFE膜材,预张力水平为3～6kN/m.
膜结构工程的找形在一定程度上考验技术人员的操作能力,一个工程的完工,往往从其外表的美观性以及内部的实用性就可以看出厂家的施工人员的技术实力,好了,我们的内容分享就到这,下期继续向大家介绍新的资讯!
膜结构找形是膜结构设计的起始步骤,在这一过程中,需要综合考虑建筑的平面/立面要求和建筑功能,以及下部支承条件等因素来确定符合边界条件和力学平衡要求的曲面形状.实际上膜结构的设计打破了传统的“先建筑,后结构”的设计方式,要求建筑师和结构师在方案建议阶段便紧密结合在一起,共同确定建筑物的外形.
从力学的角度来看,膜结构的找形问题可以归结为求解空间曲面的初始平衡问题.这一问题包含了如下几个重要参数:
（1）结构拓扑关系;
（2）体力和面力;
（3）结构几何形状;
（4）几何边界条件;
（5）初始预张力的大小和分布.
其中,结构拓扑关系是指不同结构构件之间的连接关系,在计算机有限元模型中,也可以将其理解为结构单元之间的连接关系.体力和面力是指结构自重和外荷载,在找形阶段外荷载通常为零.结构几何形状是找形阶段所要求解的,一般属于未知量.几何边界条件和初始预张力通常由结构工程师根据建筑条件和施工条件等因素来综合确定,是找形阶段的主要自变量.可以说,找形就是寻求以上诸多因素的平衡点.
2.膜结构找形注意事项
（1）曲面的弯曲应在两个方向上互反,即应为负高斯曲面.张力膜结构受风压力和风吸力作用,利用方向互反的曲面,可以使膜面在两个方向上相互制约,有效传递外荷载;
（2）避免出现大面积的扁平区域.曲面上出现大面积的扁平区域,意味着曲面的自然刚度低,承受竖向荷载的能力弱,容易积水或积雪;为了增加扁平区域曲面的刚度,需要给曲面施加非常大的预应力,这就会导致作用于边界构件上的力很大,甚至无法实施;
（3）曲面上的高低起伏宜平缓,避免出现“尖角”.曲率变化过于剧烈会导致应力集中;
（4）合理确定支承点的位置,以保证膜面具有较大的曲率.沿膜主曲率方向的拱高与弦长之比宜大于1:20;
（5）在条件许可的条件下,宜优先选择柔性边缘构件（索）和活动式连接方法（如桅杆顶部采用浮动式帽圈/节点用铰接连接构造）,以适应变形/保证膜内应力尽可能均匀,避免在荷载作用下膜材出现应力集中或褶皱;
（6）对于比较重要的膜结构,应在膜材之外布置适当数量的附加拉索对主要支承构件进行固定,以保证结构不会因膜材的破损而倒塌;
（7）支承结构的布置还要考虑具体的施工过程/二次张拉和膜材更换等问题;
（8）单片膜的跨度不宜超过15米,覆盖面积不宜超过400米;如果超过此限值,应适当增设加强索;
（9）预张力的大小需要预期的形状和设计荷载来确定.在设计荷载的作用下,应保证结构内部具有维持曲面形状的拉应力值.预张力过小会导致结构在风荷载的作用下出现较大的振动;预张力过大又会给支承结构（包括基础）的设计和施工张拉带来困难.通常对于PVC膜材,预张力水平为1～3kN/m,对于PTFE膜材,预张力水平为3～6kN/m.
