膜结构工程设计中常见的一些问题

我国膜结构虽然从二十世纪八十年代才开始 ,但 20 年来取得了可喜的成绩 ,已建成了近 20 个大型膜结构工程[2 ] 。然而进步的同时 ,我们也发现了很多问题 :设计、计算精度不够 ,结构安全度无法准确衡量 ,监理施工验收无从把握等。

1 膜材的影响

膜材是非线性材料 ,虽然在初始应力状态下应变很小 ,可简化为正交异性的线弹性材料 ,但在大风及大雪作用下 ,膜材应力很可能超过膜材的线弹性范围 ,如果仍按线弹性材料进行分析 ,卸载后将产生很大的残余变形。

2 初应力的影响

膜结构是柔性结构 ,主要靠膜面的初应力和形状的变化来抵抗外荷载。没有初应力就没有刚度。初应力的合理选择至关重要 ,初应力给的过大 ,会使支撑结构反力增大 ,从而增加工程造价 ,同时由于膜材非线性的影响 ,膜面拉应力的增大 ,膜材卸载后将产生较大的残余变形。另一方面 ,如果初应力给得过小 ,刚度不够 ,膜面在荷载作用下易产生松弛。这种现象在实际中比较常见。

3 初应力释放及收缩补偿值的影响

在膜结构的裁剪分析中 ,必须将空间的有初应力的膜曲面展开为平面的无应力状态 ,而通常膜曲面在空间上是不可展的。目前有两种方法 :一种是在应力状态下将空间曲面展成平面 ,再释放应力 ;另一种是在展开成平面的同时释放应力。这两种方法都有误差 ,无法定量估计。由于在实际工程中膜材料的材料特性很少精确给出 ,往往只能根据工程经验给定一个收缩补偿值 ,这样势必产生较大的误差。

4 施工过程的影响

施工过程是将膜由平面无应力状态张拉成空间预应力状态 ,不同的张拉顺序对膜结构这种非线性结构会带来不同的应力分布 ,而且目前现场也没有比较准确的测力器 ,对于张拉后是否张拉到了找形时的预应力水平往往由经验比较丰富的工作人员用手拍拍来判断 ,这将带来较大的误差。