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建筑膜結構工程的荷載分析及發展重點

文字:[大][中][小] 2016-4-10  瀏覽次數:612

 由于建筑膜結構工程特殊的力學特點,其結構分析與設計過程明顯不同于傳統結構。而建筑膜結構的荷載包括荷載取值,風荷載的確定方法;荷載態分析的方法及需要注意的一些問題。

在進行建筑膜結構的荷載態響應分析時,需要考慮以下荷載及作用:恒荷載、活荷載、雪荷載、風荷載、預張力、支承及邊界構件的變形、地震作用以及溫度變化的影響等等。

恒荷載通常就是膜材的自重。由于膜材自身的質量很輕,恒載對建筑膜結構的內力及變形的影響通??梢院雎?。

由于建筑膜結構工程表面一般不允許上人,檢修,清洗也是由專業膜結構公司負責,實際工程設計中,一般不考慮荷載。在非將雪地區,習慣上用0.25或0.30kN/m~2左右的豎向荷載來檢查膜面是否會因降雨而產生積水;即檢查在此荷載作用下,變性后膜面的等高線有無近似的圓形區域出現。

在降雪地區,積雪對建筑膜結構的影響是不容忽視的。由于建筑膜結構多呈負高斯曲率面形式,結構上的雪荷載一般分為非均勻分布;在計算雪荷載時需根據不同曲面形狀、曲率變化來調整雪荷載的分布,以考慮雪荷載不均勻分布可能產生的不利影響。當膜面坡度大于0.4時,落雪一般會自動滑下而不產生堆積,風對積雪形式的影響也需要加以注意。研究表明,地位條件下當風速達到15-20m/s時,膜面幾乎不存在積雪;但如果膜面存在死角,則在這些部位極易形成較深的積雪。另外,對于某些低矢跨比的膜結構,積雪的作用會導致結構表面趨于平坦,甚至在局面出現下凹,必須小心對待。

風作用或者按習慣說法風荷載是建筑膜結構設計中的主要荷載。在計算風荷載時需要確定兩個重要的參數,即風載體型系數。由于建筑膜結構的體型復雜,而各國荷載規范所能提供的風載體形系數又十分有限,對負責體型建筑膜結構,國內外一般都通過風洞試驗的方法來確定體型系數。

而建筑膜結構工程區別于傳統結構的兩個顯著特點是輕和柔。輕,意味著結構資深的慣性力很小,地震作用的影響可以忽略不計,相比之下風對結構的影響更為重要;柔,意味著彎曲剛度很低,魔界誒購對外荷載的抵抗主要通過資深形狀的改變來實現,即結構在荷載作用下會產生較大的變形,表現出明顯的幾何非線性特征。這些特點決定了建筑膜結構是風敏感結構,抗風設計在建筑膜結構的設計中占有特別重要的地位。

近年來,一些大型的建筑膜結構工程在強風作用下破壞的實例,也從另一個側面證明了抗風設計的重要性。例如,美國佐治亞穹頂在建成3年后,于1995年的一次強風大雨襲擊下,四片薄膜被撕裂,撕裂長度達10余米;加拿大蒙特利爾奧運匹克體育場的可開啟式膜屋蓋在1999年冬天的一場暴風雪之后,一塊膜屋蓋突然破裂等等,以上實例都說明無亂在國內還是國外,建筑膜結構的抗風設計理論都還不夠成熟,對某些情況下風作用的破壞機理尚不十分清楚,所以這也將是我們今后的研究重點之一。

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