膜結(jié)構(gòu)初始形態(tài)確定、荷載效應(yīng)分析、裁剪設(shè)計是相互影響、相互制約的過程需要反復(fù)調(diào)整。同時還要考慮施工過程的實現(xiàn),如施工工藝、初始預(yù)張力等問題。 初始形態(tài)分析主要是確定滿足一定初始應(yīng)力分布的膜結(jié)構(gòu)在自平衡狀態(tài)下的幾何形狀。荷載效應(yīng)分析主要是將空間膜曲面適當(dāng)剝分并展開為平面,計算確定預(yù)張力影響下膜材的裁剪下料圖。
2) 膜結(jié)構(gòu)的計算分析方法很多,目前得到公認(rèn)并被廣泛應(yīng)用的主要有三種:非線性有限元法、動力松弛法和力密度法。
3) 非線性有限元法是將膜結(jié)構(gòu)進行有限元離散,采用大μ移小應(yīng)變的幾何非線性有限元方法對膜結(jié)構(gòu)進行分析,得到的結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。
4) 動力松弛法是將 膜結(jié)構(gòu)離散為節(jié)點和節(jié)點間的連接單元,通過對各節(jié)點施加激振力使之產(chǎn)生振動,然后逐步跟蹤各點的振動過程直至最終求得結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)。
5) 力密度法是將膜結(jié)構(gòu)離散為由結(jié)點和桿件組成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu),在給定的幾何拓?fù)、支座位置和力密度值(即索力與索長之比)下,通過求解結(jié)點坐標(biāo)的線性方程組來確定結(jié)構(gòu)的變形。
6) 膜結(jié)構(gòu)中的索、膜構(gòu)件只能承受拉力、不能承受壓力和彎矩作用,對外荷載的抵抗主要通過變形來實現(xiàn),因而膜結(jié)構(gòu)在外荷載作用下變形較大,計算時應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性。 膜材是非線性材料,其應(yīng)力應(yīng)變曲線在應(yīng)力較大時變化較大,但通常設(shè)計應(yīng)力比斷裂強度小的多,此時可近似認(rèn)為膜材是線彈性的。
7) 由于支承結(jié)構(gòu)變形對膜結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布影響較大,故 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計時宜考慮膜與支承結(jié)構(gòu)協(xié)同工作。對于骨架支承式膜結(jié)構(gòu),由于支承結(jié)構(gòu)為鋼性體系(如鋼桁架、拱或網(wǎng)架等),變形較小,故計算時可將膜與鋼性骨架連接處近似視為固定支承邊界。對于其他形式的 膜結(jié)構(gòu),計算時應(yīng)將膜與支承體系一起進行整體分析。
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