膜結(jié)構(gòu)工程

用于膜結(jié)構(gòu)建筑中的膜材是一種具有強(qiáng)度，柔韌性好的薄膜材料，是由纖維編織成織物基材，在其基材兩面以樹脂為涂層材所加工固定而成的材料，中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維，而作為涂層材使用的樹脂有聚樹脂（PVC），硅酮（silicon）及聚四氟乙烯樹脂（PTFE），在力學(xué)上織物基材及涂層材分別具有影響下列的功能性質(zhì)。膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：建筑造型優(yōu)美膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀(jì)最有代表性與充滿前途的建筑形式?？椢锘摹估瓘?qiáng)度，抗撕裂強(qiáng)度，耐熱性，耐久性，防火性。涂 層 材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。

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膜結(jié)構(gòu)建筑常用結(jié)構(gòu)型式：張拉膜結(jié)構(gòu)

張拉膜結(jié)構(gòu)是通過邊界條件給膜材施加一定的預(yù)張應(yīng)力,膜既是建筑物的維護(hù)體又作為結(jié)構(gòu)以抵抗外部荷載的作用,因此在一定的初始條件下,其形狀的確定、在外荷載作用下膜中應(yīng)力分布與變形以及怎樣用二維的膜材料來模擬三維的空間曲面等一系列復(fù)雜的問題,都需通過計(jì)算確定,張拉膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和新算法的提出。膜結(jié)構(gòu)特性3、柔性：張拉膜結(jié)構(gòu)不是剛性的，其在風(fēng)荷載或雪荷載的作用下會產(chǎn)生變形。

脈動風(fēng)壓系數(shù)的確定

膜結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移較大，結(jié)構(gòu)位形的變化會對其周圍風(fēng)場產(chǎn)生影響，所以膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)動力響應(yīng)過程是流固耦合過程。2008年北京奧運(yùn)會、2010年上海世博會和廣州亞運(yùn)會的舉行，以及各種類型的展覽館建設(shè)，使得我國迎來了膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展高峰期，這幾年間我國膜結(jié)構(gòu)建筑的建造規(guī)模擴(kuò)張非常迅速。這種動力過程的風(fēng)洞試驗(yàn)必須采用氣動彈性模型，因此實(shí)現(xiàn)起來技術(shù)難度較大。近年來發(fā)展的“數(shù)值風(fēng)洞”技術(shù)受到越來越多的重視。這種技術(shù)簡單的說就是將計(jì)算流體力學(xué)（CFD）和計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)（CSD）技術(shù)結(jié)合起來，用計(jì)算流體力學(xué)來模擬結(jié)構(gòu)周圍的風(fēng)場，用計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)來模擬膜結(jié)構(gòu)，再借助某些參數(shù)的傳遞來實(shí)現(xiàn)兩者之間的耦合作用，不過，該方法還處試驗(yàn)階段。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

膜面褶皺問題

結(jié)構(gòu)上的褶皺（Drape）是指因膜面在一個方向上出現(xiàn)壓應(yīng)力導(dǎo)致膜材屈服而產(chǎn)生的褶皺現(xiàn)象，而結(jié)構(gòu)松弛是指膜面在兩個方向上都呈現(xiàn)無張力狀態(tài)，故松弛的膜面不能承受任何荷載。褶皺判別的兩種方法：（設(shè)拉為正、壓為負(fù)）

（1）應(yīng)力準(zhǔn)則：若主應(yīng)力σ2>0，膜元是張緊的；若σ2<0且σ2>0，膜元是褶皺的；若σ1<0，單元是松弛的。

（2）應(yīng)變準(zhǔn)則：若ε2>0，膜元是張緊的；若ε2<0且ε1>0，膜元是褶皺的；若ε1<0，單元是松弛的。在荷載分析中，在每一荷載增量步中對所有的單元進(jìn)行逐一判別，如發(fā)現(xiàn)褶皺單元，可按以下方法處理：

（1）修元剛度：減小褶皺單元對結(jié)構(gòu)總體剛度的貢獻(xiàn)，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實(shí)際荷載分擔(dān)，結(jié)果是增加了相臨單元的負(fù)擔(dān)。

（2）修改結(jié)構(gòu)剛度：回到找形階段，對曲面進(jìn)行修正，即通過修改局部區(qū)域的邊界條件或調(diào)整預(yù)應(yīng)力的方法來修正結(jié)構(gòu)的剛度。

常用的膜結(jié)構(gòu)幾何非線性荷載分析軟件有：美國ANSYS，德國EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國InTENS等等。