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膜结构的荷载效应分析





膜结构的荷载效应分析,应在初始形态分析确定的几何形状和预应力的基础上,考虑各种可能的荷载组合情况对膜结构内力和变形的影响。当计算结果不能满足要求时,应重新确定初始形态。
在各种荷载组合作用下,膜面各点的最大主应力应满足下列要求
δmax≤ƒ         ƒ≤ε*ƒk/γr
式中δmax-----在各种荷载组合作用下的最大主应力值;
ƒ   -----对应于最大主应力方向的膜材拉伸强度设计值;
ƒk   ----- 膜材拉伸强度标准值;
ε  --- 强度折减系数,对处于一般部位的膜材ε= 1.0;对处于连接节点处和边缘部位的膜材ε=0.75;
γr  ----  膜材抗力分项系数,对第一类荷载效应组合γr=5.0;对第二类荷载效应组合γr=2.5。
在第一类荷载效应组合下,膜面不得出现松弛。膜面的折算应力应满足下列要求δmin>δp
式中δmin---- 在各种荷载组合作用下的最小主应力值;
δp―- 维持膜结构曲面形状所需的最小应力值,可取初始预应力值的25%。
在第二类荷载效应组合下,膜面由于松弛而引起的褶皱面积不得大于膜面面积的10% 膜结构的索在第一类荷载效应组合下均应处于受拉状态,在第二类荷载效应组合下,索退出工作不应导致结构失效。
当膜结构在荷载作用下产生较大应力或变形时,应返回初始形态确定阶段对膜结构进行调整。通常可调整初始预应力大小和分布、调整结构外形或增加加强索的数量等。
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。此外松弛还将影响结构的美观和排水性能。因此,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。
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,因此规定,索在第一类荷载效应组合下均应处于受拉状态。
膜结构设计中,除了保证结构体系的整体稳定外,还应保证在局部膜片破坏或局部索退岀工作时不致引起结构整体失效。由于膜材在拉应力作用下存在松弛、徐变等问题,张拉式膜结构在正常使用1 ~2年后需要进行第二次张拉,结构设计时应考虑二次张拉对结构整体的影响。
由于材料自身存在老化问题,各类膜材均有一定的使用年限。对于永久性建筑,当膜材达到使用年限或部分膜片在使用期间出现破损时,需要进行更换,这一点在结构整体设计时宜予以考虑。
在按正常使用极限状态设计时,膜结构的变形不得超过规定的限值。对于整体张拉式和索系支承式膜结构,其最大整体位移在第―类荷载效应组合下不应大于跨度的1/250或悬挑长度的1/125;在第二类荷载效应组合下不宜大于跨度的1/200或悬挑长度的1/100。对于桅杆顶点,在第二类荷载效应组合下,其侧向位移值不宜大于桅杆长度的1/250。对于骨架支承式膜结构,其最大位移应符合有关骨架结构设计标准的规定。
对于体育场看台挑篷一类的整体张拉膜结构,其整体位移可定义为内环的最大位移;对于索系支承式膜结构,其整体位移可定义为跨中最大位移0膜结构在荷载效应分析时的膜单元,是指由柔性索边界或刚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最小边长的2/3;对于四边形膜单元可定义为通过最大位移点的边界间的最小跨度。结构中各膜单元内膜面的相对法向位移,不应大于单元名义尺寸的1/15


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