对于体育场看台挑蓬一类的整体张拉式膜结构,其整体位移可定义为内环的*大位移;对于索系支承式膜结构,其整体位移可定义为跨中*大位移。膜结构在荷载效应分析时的膜单元,是指由柔性索边界或钢性边界围起的一片膜。膜单元名义尺寸,对于三角形膜单元可定义为*小变长的2/3;对于四边形膜单元可定义为通过*大位移点的边界间的*小跨度。
6)出现松弛将降低膜结构的刚度,在风荷载作用下易发生剧烈振动,甚至导致膜材撕裂。松弛还将影响结构的美观和排水性能。应尽量避免膜材在正常使用状态(第一类荷载效应组合)下出现松弛。
7)索是膜结构中的重要受力构件,一旦处于受压状态,就有可能导致结构变为机动体,规定,索在第一类荷载效应组合下均应处于受拉状态。
6. 裁剪分析
1)裁剪分析的目的是确定裁剪线和裁剪片,以便在并拢张拉后实现初始状态下的膜曲面,裁剪分析应根据初始状态的膜曲面和预张力进行。通过初始形态分析可以确定膜曲面的形状。该曲面是由一定幅宽的膜材,经过裁剪程膜片,并相互连接后张拉而成。膜曲面上的膜片间的连接线为裁剪线。裁剪膜片是待求平面,而膜曲面上的膜片是空间的,并且在裁剪线确定后是已知的,确定平面裁剪膜片的关键是如何将已知的空间膜片展开成平面裁剪膜片。实际生成的曲面和形态分析所得的曲面之间的误差,取决于空间膜片展开成平面的精度。由于膜曲面上的空间裁剪片具有预张力,确定平面裁剪片时还必须考虑预张力释放后的几何尺寸改变。
2)膜材的裁剪线可采用测地线法、平面相交法或其他有效的方法确定。测地线法是指在膜结构初始预应力平衡曲面上寻找测地线作为裁剪线。测地线指曲面上两点之间距离*短的线。对于可展曲面,展开平面上的测地线为直线;对于不可展曲面,展开平面上的测地线接近直线。平面相交法是指在膜结构初始预应力平衡曲面上,用一组平面按一定规律与曲面相交,并将各交线作为裁剪线。测地线线法得到的膜片宽度较为接近,节省膜材,单在曲面上形成的热合线美观性和视觉性效果较差。平面相交法可根据需要得到具有美观性和一定视觉效果的裁剪线。裁剪分析时应综合考虑经济性和美观性两个因素后确定裁剪。
3)由于膜材在裁剪线处断开,故此处易产生应力集中。如果裁剪线处剪应力较大会影响膜材的受力性能,应尽量做到裁剪线与膜材纤维正交,使主应力方向与纤维方向一致,避免裁剪线受剪。
4)膜结构曲面的形成与初始预张力作用有关,裁剪时必须考虑膜材应力释放后的弹力回缩。通常根据初始预张力大小和所用膜材的性能,通过修正裁剪膜片几何尺寸(沿径向和纬向回缩)来消除膜内预张力的影响。
7. 空气支承膜结构计算要点
1)空气支承膜结构是通过保持内部气压来维持结构形状并抵抗外荷载的。内压又是作用在结构上的荷载,应与其他荷载一起参与组合。内压是结构设计中的一个可变参数,可以根据外荷载的情况加压或减压,以调整结构的刚度和强度。*大工作内压是指当结构处于不利的外界环境时,如由于积水(雪)造成膜的凹陷,由设计人员为操作人员确定的可以使用的*大内压。确定*大工作内压应考虑材料的设计强度、外界荷载类型等多种影响因素。
2)*小工作内压是指在正常气候和使用条件下,保持结构稳定所需的*小压力值。当恒荷载被分散到一定的影响区域时,*小工作内压应超过单位面积上恒荷载的*大值。
3)正常工作内压是由设计人员确定的一个压力范围,在正常工作内压下,结构在常遇荷载作用下能够保持稳定。正常工作压力应根据使用情况和进出情况,在*小工作内压至*大工作内压之间变化。在公共聚会场所,为保证环境的舒适度,应适当减小出入口处的风速和作用在门上的压力,工作内压不宜超过287Pa。对主要用于仓储的场所,当车辆进出时工作内压值可以取大一些,以保证结构的稳定性。