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骨架承重式膜结构的设计分析 有关膜结构的设计论文在网络上的资料很少， 而有关膜结构设计的文章也是在表面层次的一 种形式上的探讨，不够深入。同济大学出品的 3D3S 软件的膜结构说明书也仅仅是针对操作 流程这一块的介绍， 因此， 作为钢结构的一部分， 本文对膜结构的设计分析作一个深入的探 讨。 本文以一个实际的工程作为案例进行分析，研究膜结构更深入的结构分析。 1.结构方案 1.1 工程概况 工程名称：常州东方车世界二手车市场停车棚 结构形式：骨架承重式膜结构 结构布置图见下图所示 荷载信息： 恒荷载： 0.1kN/ ㎡， 活荷载 （雪荷载）：0.35kN/ ㎡，风荷载： 基本风压 0.4kN/ ㎡， 根据荷载规范 GB50009-2012 第 8.3.1 条的规定，风压和风吸均有可能出现，故采用两种情 况的风荷载，体型系数见下表 迎风面 背风面 0.22 0.37 s1 -0.22 -0.37 s2 不考虑地震作用。 最终膜单元预张力采用 1.3N/ ㎡。 本工程采用同济大学出品的 3D3S膜结构设计模块软件计算，在本文中会对软件的操作 作以详述，采用膜材为广州钜龙生产的 M1212聚酯（涤纶） ，涂层 PVC，面层 PVF。 膜材材性为弹性模量 E=500N/㎡，张拉强度为 90N/mm，剪切模量 105N/ ㎡，泊松比为 0.3 ， t=1mm。 1.2 方案示意图 图 1 停车棚结构轴测图 图 2 结构平面布置图 2.结构建模 2.1 三维结构模型的建立 2.1.1 结构布置 注意要点： 模型的建立合适与否， 对后续结构的分析计算及验算会产生很大的影响， 所 以，这是很关键的一步。 本案例建模的关键是要将所有的系杆都参与到三维建模之中。 因为 如果像钢结构二维建模一样， 受力构件只是刚架的话， 膜面经向的预张力无法抵消， 不仅如 此，还会造成膜面过大而预张力不足， 导致膜面松弛； 过于提高预张力还会导致最大主应力 超限造成膜面拉破。 本案例初步设计进行对比发现， 同样的刚架， 在去掉跨内系杆建模的情 况下， 膜面未通过验算的比率高达 12%，而未通过的原因是膜面松弛， 在中间跨系杆参与膜 结构的边界支承的情况下，膜面共有 8 个单元出现松弛，占总面积的 0.33%。所以，改变支 座支承条件可以改变膜面的受力情况。 图 3 GJ1(2) 以上是本工程最终的结构方案示意图。 2.1.2 膜单元划分 膜单元应按照合理的尺寸进行划分， 本工程按照 500*500 三角形网格进行划分， 每个编 号划分经纬向 5*15 格。 2.2 找形分析 膜结构的找形目的是要找到一个膜面的形状既符合建筑师的要求， 又满足力学要求。 从 数学的角度上， 膜面最优的曲面是最小曲面， 其上的应力处处相等。 由于膜面的控制点各种 各样， 存在脊谷索、 边索等软边界； 或者建筑师的要求实际工程中并不能满足所有的曲面都 是最小曲面。 那么可以得