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淺談膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

時(shí)間日期：2010-4-28 已被閱讀次：[8939]

佛山市新一建筑集團(tuán)有限公司任麗娟

　　[摘　要]　本文結(jié)合膜結(jié)構(gòu)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，從膜結(jié)構(gòu)的分類、特點(diǎn)入手，簡(jiǎn)要討論
　　　　　　　了膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)關(guān)鍵。
　　[關(guān)鍵詞]　膜結(jié)構(gòu)；膜材料；找形分析；荷載分析；裁剪分析；

　　1、膜結(jié)構(gòu)研究和發(fā)展現(xiàn)狀
　　膜結(jié)構(gòu)也稱為織物結(jié)構(gòu)（Membrane Structure或Fabric Structure），是以性能優(yōu)良的
織物為材料，利用柔性拉索或剛性骨架將膜面繃緊，也可向膜內(nèi)充氣，通過(guò)空氣壓力來(lái)支撐
膜面，從而形成具有一定剛度并能覆蓋較大空間的結(jié)構(gòu)體系[1]。它是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)
形式，它的出現(xiàn)改變了長(zhǎng)期以來(lái)建筑領(lǐng)域中形式單一、重復(fù)的局面，使建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域發(fā)生了
革命性的變化，也使得建筑結(jié)構(gòu)形式更加豐富多彩。
　　近三十年來(lái)，膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，超越了作為臨時(shí)建筑物的階段，以
新穎的外形，高強(qiáng)度的材料和超輕的重量，作為永久性建筑已經(jīng)確立了其在建筑物中的重要
地位。其適用范圍很廣，可廣泛應(yīng)用于體育建筑、展覽建筑、機(jī)場(chǎng)建筑、娛樂(lè)建筑及各類海
濱娛樂(lè)休閑建筑及設(shè)施。
　　當(dāng)前，膜結(jié)構(gòu)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，如美國(guó)、法國(guó)、日本都已經(jīng)或正在編制有關(guān)膜結(jié)構(gòu)
的技術(shù)文件，如IASS出版了《氣承式結(jié)構(gòu)建筑》，ASCE發(fā)布了《氣承式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)》（17－96
）和《張拉織物結(jié)構(gòu)》，法國(guó)發(fā)布了《覆蓋織物的永久性結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)建議》，日本頒布了
《特定膜結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《特定膜結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理指南》、《特定膜結(jié)構(gòu)維護(hù)指南》以及膜
材實(shí)驗(yàn)方法的一系列文件。
　　目前，我國(guó)的一些建筑研究單位和高等院校對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了一系列的研究，取得了
一些階段性的成果，編制了相應(yīng)的《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對(duì)蓬勃發(fā)展的膜結(jié)構(gòu)市場(chǎng)進(jìn)行了規(guī)
范。
　　2、膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
　　膜結(jié)構(gòu)建筑除了能滿足一般建筑物的功能要求外，還具有以下特點(diǎn)：
　　1）具有良好的透光性；
　　2）采用涂層織物薄膜，保證了膜材具有較好的防火、耐久及自潔性。
　　3）適用于大跨度結(jié)構(gòu)；
　　4）造型獨(dú)特，藝術(shù)感強(qiáng)；
　　5）材質(zhì)輕盈，利于結(jié)構(gòu)抗震；
　　6）施工方便、快捷，造價(jià)合理。
　　3、膜結(jié)構(gòu)的分類
　　膜結(jié)構(gòu)的分類方式主要有以下兩種：
　　1）從建筑使用年限上可以將膜結(jié)構(gòu)分為四類：永久性膜建筑（使用年限15年以上）、
耐久性膜建筑（使用年限10到15年）、耐用性膜建筑（使用年限3至10年）、臨時(shí)性膜建筑
（使用年限低于3年）；
　　2）從膜的工作原理（支承方式）的角度也可以將膜結(jié)構(gòu)分為四類：充氣膜結(jié)構(gòu)(Pneum
atic Structure分為單層、雙層、氣肋式三種形式)、骨架膜結(jié)構(gòu)(Frame Supported Struct
ure)、張拉膜結(jié)構(gòu)(Tension Suspension Structure)、索穹頂結(jié)構(gòu)（Cable Dome Structure
）。
　　4、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)關(guān)鍵
　　一個(gè)完整的膜結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)找形分析、荷載分析、裁剪分析三個(gè)環(huán)節(jié)，且三個(gè)
環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系、相互制約的，必須從全過(guò)程、一體化的角度加以考慮。
　　 (1) 找形分析：
　　由于膜結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，在施加預(yù)應(yīng)力之前，不會(huì)有特定的形狀。因此，在膜結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)中，涉及的第一個(gè)問(wèn)題就是找形(Formfinding)的問(wèn)題。在整個(gè)膜結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力的分
布應(yīng)該比較均勻，不可以出現(xiàn)負(fù)值（壓應(yīng)力）。找形問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是理想的幾何外形與合適的
預(yù)應(yīng)力分布優(yōu)化組合的問(wèn)題。找形分析可分為兩步進(jìn)行，首先是初始形態(tài)假定，其次是初始
平衡態(tài)尋找。初始平衡態(tài)的尋找是膜結(jié)構(gòu)分析的關(guān)鍵，尋找滿足邊界條件和初始平衡條件的
結(jié)構(gòu)形態(tài)及與之相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布的過(guò)程，又稱作結(jié)構(gòu)找形 (Form finding) 。非線性有限
元法、動(dòng)力松弛法、力密度法是膜結(jié)構(gòu)找形分析的主要方法。
　　1) 非線性有限元法[2]
　　非線性有限元法是針對(duì)膜結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的幾何非線性的特點(diǎn)，在小應(yīng)變大位移狀態(tài)下，
采用拉格朗日法 ( U. L列式法)建立非線性有限元基本方程。應(yīng)用非線性有限元法確定索
膜結(jié)構(gòu)初始形態(tài)的具體方法有：支座位移法、節(jié)點(diǎn)平衡法、綜合節(jié)點(diǎn)平衡法。
　　2) 動(dòng)力松弛法[3]
　　動(dòng)力松弛法的基本原理是用模擬虛擬的動(dòng)態(tài)工程來(lái)解決靜力問(wèn)題，在用于膜結(jié)構(gòu)初始形
態(tài)分析時(shí)，首先是將膜結(jié)構(gòu)離散，并做單元等效處理，然后在離散的索網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)上施
加激振力，使其產(chǎn)生振動(dòng)，然后逐點(diǎn)、逐時(shí)、逐步地追蹤各點(diǎn)上的迭代過(guò)程，直到最終達(dá)到
靜止平衡狀態(tài)。
　　3) 力密度法[4]
　　力密度法的基本思想是將膜結(jié)構(gòu)表面離散成由節(jié)點(diǎn)和桿元構(gòu)成的索網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型，建立
每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的靜力平衡方程，通過(guò)預(yù)先給定索網(wǎng)中各桿元的力和桿長(zhǎng)的比值 (力密度)，而
將幾何非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)換為線性問(wèn)題，聯(lián)立求解一組線性方程組，即可得到索網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。
　　以上三類找形方法在彈性力學(xué)的本質(zhì)上是相同的，只是在連續(xù)彈性體離散化模型和初始
應(yīng)力狀態(tài)的選取上有所不同。非線性有限元法具有較好的計(jì)算精度；動(dòng)力松弛法對(duì)于各種復(fù)
雜的邊界條件和中間支撐形態(tài)確定問(wèn)題特別有效；力密度法無(wú)需迭代過(guò)程，計(jì)算速度快。其
中力密度法是膜結(jié)構(gòu)找形最有利的數(shù)值分析方法，并能作為一種十分有利的結(jié)構(gòu)找形工具用
于膜結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)中。
　　(2) 荷載分析
　　找形分析確定了膜結(jié)構(gòu)的幾何坐標(biāo)及相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布狀態(tài)，形成了幾何不變的自平衡
體系，具備了承受外荷載的能力。在膜結(jié)構(gòu)的幾何外形確定之后，就涉及到了膜結(jié)構(gòu)的受力
狀態(tài)分析的問(wèn)題。進(jìn)行荷載狀態(tài)下受力分析的目的是確定膜結(jié)構(gòu)是否滿足極限抗拉強(qiáng)度和實(shí)
際使用的要求。荷載分析包括靜力分析和動(dòng)力分析兩部分。
　　1)靜力分析[5]
　　膜結(jié)構(gòu)的靜力分析考慮的主要荷載是風(fēng)荷載、雪荷載、自重、溫度荷載及懸掛荷載。計(jì)
算是要考慮幾何非線性，可以忽略材料的物理非線性，用Newton－Raphson法來(lái)求解。
　　2) 動(dòng)力分析[6]
　　膜結(jié)構(gòu)因其自身輕、剛度小而自振頻率較低，對(duì)風(fēng)反應(yīng)敏感，在風(fēng)作用下，局部膜單元
的加速度和速度反應(yīng)較大，可能對(duì)周圍的空氣紊流速度產(chǎn)生影而形成自激振動(dòng)；另外結(jié)構(gòu)在
風(fēng)荷載的作用下，產(chǎn)生較大的變形，風(fēng)荷載作用方向和大小與結(jié)構(gòu)的變形之間存在著相互耦
合作用，因此，研究膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振反應(yīng)非常重要和必要。
　　(3) 裁剪分析[7]
　　經(jīng)過(guò)找形分析后得到的膜結(jié)構(gòu)幾何外形通常為三維不可展曲面。如何用二維膜材近似拼
接空間曲面是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在確定了膜結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)之后，還應(yīng)該
進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)的剪裁分析。膜結(jié)構(gòu)在施工中所使用的膜材都是由許多小塊的膜材拼接起來(lái)張拉
形成的，這些膜材都具有一定的幅寬。膜結(jié)構(gòu)的剪裁問(wèn)題就是將預(yù)應(yīng)力作用下膜結(jié)構(gòu)的空間
曲面形狀的大片膜材在平面上展開(kāi)，進(jìn)而確定剪裁線的問(wèn)題。最常用于裁剪分析的是動(dòng)態(tài)規(guī)
劃法，該方法是一個(gè)多階段決策過(guò)程的最優(yōu)化方法，主要決策步驟如下：首先把曲面按照空
間的順序劃分為若干個(gè)條元，即多個(gè)階段；依次展開(kāi)每個(gè)條元，且該條元的展開(kāi)要用到上個(gè)
條元的展開(kāi)結(jié)果；最后便可以得到整個(gè)曲面的展開(kāi)平面。其理論基礎(chǔ)是最小勢(shì)能原理。此外
還有等效結(jié)點(diǎn)力法和廣義泛函變分法。
　　5、結(jié)論
　　本文從膜結(jié)構(gòu)的基本概念出發(fā)，對(duì)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程和關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。膜
結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計(jì)的三個(gè)環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系、相互制約的，須從全過(guò)程、一體化的角度來(lái)考慮
膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
　　膜結(jié)構(gòu)是一種較為新穎的結(jié)構(gòu)形式，尚需研究的地方還很多，仍需繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行更加深
入、更加系統(tǒng)地研究。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》．CECS 158．中國(guó)計(jì)劃出版社，2004
　　[2] 王助成，肋敏．有限單元法基本原理和數(shù)值方法[M]．第二版．清華大學(xué)出版社，1
997
　　[3] 李重陽(yáng)．動(dòng)力松弛法在索膜結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用研究[D]．華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論
文，2003
　　[4] 魏德敏，李聯(lián)彬，王勇．薄膜結(jié)構(gòu)找形分析的力密度法[J]．華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)自
然科學(xué)版．2003， 31(6)：1－4
　　[5] 蘇建華，空間索膜結(jié)構(gòu)的力密度法靜力分析研究[D]，華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文
，2005
　　[6] 王吉民．薄膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)分析和風(fēng)洞試驗(yàn)研究[D]．浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2
001
　　[7] 程曉艷．張拉膜結(jié)構(gòu)的找形和裁剪分析[D]．合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004

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