某膜结构因雪荷载破坏的事故原因分析.doc

某膜结构因雪荷载破坏的事故原因分析 第32卷第7期 V01.32No.7 建筑施工BUILDINGC0NSTRUCT10N 某膜结构因雪荷载破坏的事故原因分析 FailureAnalysisofSomeMembraneStructure CausedbySnowLoad 口陈伟杨宗林罗晓群s张其林 (1,河南建筑职业技术学院郑州450007;2,同济大学建筑设计研究院有限公司上海200092;3,同济大学土木工程学院上海200092) 【摘要】某膜结构因雪荷载而遭受破坏,据此,对膜结构在恒荷载和雪荷载组合下的进行了计算分析,从设计角度探讨其 破坏的原因,以期对今后类似工程有所借鉴. 【关键词】膜结构工程事故雪荷载计算分析 【中图分类号】TU54/文献标识码B【文章编号】1004—1001(2010)07—0710—03 膜结构建筑造型新颖,极富时代气息,因此在各地广场 的结构小品和大型体育场馆,展览场馆,展厅等大空间结构 建设中得到了广泛的应用.但在膜结构的设计,建造过程中, 从造型设计,材料选用,构件设计,细部构造设计,裁剪设计, 到加工制作,安装张拉以及建成后的使用维护等等,每一步 骤中的错误或疏忽,都有可能影响到工程的质量,埋下事故 的隐患,其中设计的失误更具隐蔽性和危害性.这里即有一 膜结构工程受雪荷载破坏的例子,该工程位于郑州某地,是 一 露天舞台的罩棚,膜面展开面积420m.本文采用了同济 大学3D3S—VlO软件进行计算分析,探讨该膜结构破坏的原 因,以期对类似工程的设计提供借鉴. 1工程概况 该膜结构支撑体系由两个相距18.5m的桅杆和周边的 锚固点组成,前端两个锚固点是两个钢结构的三角架,后端 锚固点由混凝土框架结构提供,钢桅杆底部固结连接在基础 上,桅杆与前后锚固点通过钢索连接成稳定的结构体系, 2009年1月膜结构边索滑脱,膜被大风刮破,于同年3月更 换膜材修复,并在屋顶增加了一个支点.整个膜结构体系(见 图1).2009年11月中旬郑州大雪(积雪厚度达32cm),该膜 结构又被积雪压垮,如果雪容重取1.3kN/m0,则雪荷载为 0.416kN/m,超过荷载规范规定的0.4kN/m约4名,虽然气象 部门称这是郑州50年～遇的大雪,但该结构的暴露出来的 设计问题也应引起大家的重视.膜结构破坏后的照片(见图 2). 2计算分析 【作者简介J陈伟(1972-),男,硕士,工程师.联系地址:郑州 市中原中路199号(450007). 【收稿日期】2010—06—12 ? 710? 图1膜结构结构体系 图2膜结构被雪荷载破坏照片 2.1计算模型 计算模型不考虑钢结构和膜共同作用,仅计算膜结构,计 算模型见图3,计算分不考虑雪荷载堆积(情况1)和考虑雪 荷载堆积(情况2堆积系数2.0,堆积区域分布见图2.1所 示)两种情况. 图3膜结构计算模型 计算采用的膜材参数见表1. 按《膜结构技术规程》(CECS158:2004)5.3.3条 上(1) R 7/2010陈伟,杨宗林,罗晓群,张其林:某膜结构因雪荷载破坏的事故原因分析第7期 式中:f一对应于最大主应力方向的膜材抗拉强度设计值 一 膜材抗拉强度标准值; 一 强度折减系数;对处于一般部位的膜材=1.0 对处于连接节点处和边缘部位的膜材孝=O.75; 『_膜材抗力分项系数,对第一类荷载效应组合 R=5.0;对第二类荷载效应组合R=2.5. 由此得膜材的强度设计值: 第一类荷载组合:径向16.8kN/m,纬向16.4kN/m 第二类荷载组合:径向33.6kN/m,纬向32.8kN/m 表1膜材材料性质 J密度mzl抗拉强度径向/纬向N/Scml撕裂强度径向/纬向NI总厚度mml l900J4200/4100l450/450l0.7l 2.2荷载及荷载组合 荷载包括结构自重,预应力,雪荷载和施工荷载,所有活 荷载按照50年一遇取值.膜材自重O.01kN/m2,雪荷载按照 荷载规范取值0.4kN/m2;由于本次是考虑雪荷载对膜的破 坏,所以没有考虑风荷载,预张力取值:膜经纬向均为2.5 kN/m,前端边索50kN,前侧边索29KN,后侧边索18KN,后端 边索21kN.计算考虑以下组合: (1)1.2(恒载+预应力)+1.4雪荷载 (2)1.O(恒载+预应力)+1.0雪荷载 3计算结果分析 3.1膜初始态找形结果分析 按甲方提供的膜结构形状,确定的膜结构初始应力状态 如图4所示,在给定形状的前提下,膜面的初始预张力是不 均匀的,靠近桅杆节点的膜面最大主应力比较大,达到 7.57kN/m. 图5膜面等高线图 的强度设计值为:径向16.8kN/m,纬向16kN/m,情况1和情 况2荷载组合1作用下膜面的应力分布分别见图6和图7, 情况1膜面最大主应力为55.61kN/m,情况2