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首先,多變的支撐結(jié)構(gòu)和柔性膜材使建筑物造型更加多樣化,新穎美觀,同時體現(xiàn)結(jié)構(gòu)之美,且色彩豐富,可創(chuàng)造更自由的建筑形體和更豐富的建筑語言。其次,膜建筑屋面重量僅為常規(guī)鋼屋面的1/30,這是其它形式所不能比擬的。其三,施工周期短。其四,膜材有較高的反射性及較低的光吸收低,并且熱傳導(dǎo)性較低,這極大程度上阻止太陽能進入室內(nèi)。另外,膜材的半透明性保證了適當?shù)淖匀宦⑸涔庹彰魇覂?nèi)。因此能耗很低。
索膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要包括體形設(shè)計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四個主要方面問題。通過體形設(shè)計確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量,確定各控制點的坐標、結(jié)構(gòu)形式,選用膜材和施工方案。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,抗剪強度也很差,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)張應(yīng)力來提高,對膜結(jié)構(gòu)而言,任何時候不存在無應(yīng)力狀態(tài),因此膜曲面形狀最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,并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。
目前膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動力松馳法、力密度法以及有限單元法等。荷載分析既是分析結(jié)構(gòu)在各種荷載工況下的響應(yīng)。而另一個目的是確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個方向應(yīng)力增加而另一個方向應(yīng)力減少,這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在最不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零,即不出現(xiàn)皺褶。因為膜材料比較輕柔,自振頻率很低,在風荷載作用下極易產(chǎn)生風振,導(dǎo)致膜材料破壞,如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高,膜材徐變加大,易老化且強度儲備少,對受力構(gòu)件強度要求也高,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算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的膜結(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,是整個膜結(jié)構(gòu)工程中最關(guān)鍵的一個問題,這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。
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