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停车棚厂家的设计与分析

膜结构停车棚结构的形态是表面张力结构体系为核心的要素,形态的好坏直接决定了体系的成立与否,是结构设计的步工作。膜材不具有抗压、抗弯的能力,只具有抗拉能力,因此表面张力结构必须充分利用结构曲面空间形态以及预张紧力(膜面初始张拉应力)来维持自身稳定并抵抗外部作用。

膜结构停车棚面的外形必须具有抵抗双向外力(上下外力荷载)的能力,当抵抗向下的自重及雨水荷载时,则 A 向的膜材提供抗拉能力 ;当出现向上的风荷载力(风吸)时,B 向的膜材提供抗拉能力,这种双向互反曲面就是一种理想表面张力的曲面,该曲面在数学上称为负高斯曲面,在日常生活中称为马鞍面。

在膜结构设计中,要求建筑与结构在方案阶段就紧密配合,找寻到一种即满足建筑造型效果又满足结构力学平衡要求的马鞍山形态。

膜结构停车棚设计的步即为找形分析。形态找寻的方法有力密度法、动力松弛法及非线性有限元法,形态找寻有两个基本原则:

(1)必须是马鞍面;

(2)尽量避免扁平区域 ;

(3)找形后膜面初始应力应尽量均匀。通过找形分析,确定膜面的初始形态和初始张拉应力,找形后的应力值。

三、结构分析与设计

结构体系的形态找寻确认之后,结构专业需进行一些列分析,包括膜材选择、荷载确定、膜面计算,支撑体系的计算等。

1. 膜材选择

膜结构停车棚建筑领域所用的膜材有织物类膜材与非织物类两大类,前者常用的有 PVC 涂层覆盖聚酯纤维织物(PVC 膜,规程 P 类)、PTFE 涂层覆盖玻璃纤维织物(PTFE 膜,规程 G 类),后者中具代表性的是乙烯 - 四氯乙烯共聚物(ETFE 膜,规程E类),三种膜材的主要力学参数某项目采用的 PTFE 膜材参数

2. 荷载与作用

膜结构停车棚荷载效应分析,是在初始形态确定后的几何形态和初始张力的基础上,考虑各种可能的荷载组合对膜结构进行计算分析。荷载主要是恒载、活载、风荷载,作用主要是温度作用。恒载主要是包括膜材及其支撑结构的自重,活载一般考虑的下雨或者降雪导致的积水积雪的荷载,一般都计 0.3kN/m2。

膜结构停车棚的轻柔必然导致其对风荷载敏感,抗风设计是膜结构设计的关键,特别是沿海强台风地区。规程给出了风荷载体型系数和风振系数,对骨架支承式建议取 1.2 ~ 1.5。对特别复杂外形建议通过风洞试验方式确定风荷载。

3. 计算分析膜结构停车棚必须考虑几何非线性进行计算,软件可采用如国内的 3D3S,国际的 ANSYS。膜结构计算一般是支承结构和膜面一起整体计算分析,也有先单独计算膜面,再提出反力验算支承结构的算法。膜结构的验算包括膜面和支承结构的验算,验算一般包含变形和应力的验算。膜面验算的具体内容 :在恒活荷载效应组合下,验算膜面应力不超 20Mpa,膜面不得出现松弛。在风荷载效应组合下,各膜单元内膜面相对法向位移不大于单元名义尺寸的 1/15,膜面由于松弛而引起的褶皱面积不大于膜面面积的 10%,应力不超过 36Mpa。