膜结构设计应考虑恒荷载、活荷载、风荷载、雪荷载、预张 力、气压力、温度和支座不均匀沉降等作用

时间: 2024-04-22 09:39:31 次数: 4 标签:

 膜结构设计中考虑恒荷载、活荷载、风荷载、雪荷载、预张力、气压力、温度和支座不均匀沉降等作用是一项系统性工作,涉及结构分析、材料性能、荷载组合、安全储备等多个方面。以下是针对这些作用的具体考虑方法:


 1. 恒荷载:

   - 膜材自重:计算膜材单位面积重量以及覆盖面积,得出总自重。由于膜材本身较轻,其对结构内力和变形的影响通常较小,但在设计时仍需计入。

   - 附属设施重量:包括钢索、锚固系统、照明设备、排水系统、膜面涂层等附属设施的重量,需精确计算并分配到相应位置。


 2. 活荷载:

   - 人员荷载:虽然膜面一般不允许人员站立,但在特定区域可能允许短暂行走或检修,此时需考虑人员荷载。

   - 积雪荷载:尽管在非降雪地区,通常采用较小的荷载(如0.25或0.30 kN/m²)检查膜面排水情况,但在降雪区应根据当地雪荷载规范计算实际雪荷载,并考虑积雪分布和滑移效应。

   - 临时荷载:如施工荷载、检修荷载等,应在设计阶段予以考虑,并在施工和维护过程中予以控制。


 3. 风荷载:

   - 风速分布:根据地理位置、地形地貌、周边建筑物影响等因素,确定设计基准风速和风压分布。

   - 风振响应:利用流体动力学软件进行风洞试验或数值模拟,获取风致动力响应,包括风压分布、气动导数、颤振因子等。

   - 风荷载计算:结合膜结构形状、刚度和阻尼特性,计算在不同风向下的风荷载,并考虑脉动风的影响。


 4. 雪荷载:

   - 雪分布模式:根据地域气候特点和雪荷载规范,确定雪荷载标准值和分布规律。

   - 雪荷载计算:考虑到积雪可能造成的局部不均匀加载,进行详细的雪荷载分析,包括积雪滑移、堆积形态等影响。


 5. 预张力:

   - 初始预张力设计:预张力是保证膜结构稳定性和形状的关键因素,应根据结构形态、材料性能和荷载情况设计合适的初始预张力水平。

   - 预张力施加与监控:制定预张力施加程序和方法,确保现场施加的预张力与设计值一致,必要时进行实时监测和调整。


 6. 气压力:

   - 充气膜结构:对于充气膜结构,需考虑内部气压对膜面产生的压力,包括正常运行压力、超压保护压力、泄压速率等因素。

   - 双层膜结构:双层膜之间可能存在空气腔,其内部气压对结构稳定性也有影响,需要计算并纳入设计。


 7. 温度:

   - 热胀冷缩:考虑温度变化引起的膜材热胀冷缩效应,计算温度荷载,并在设计中留有足够变形空间或采取补偿措施。

   - 材料性能:了解膜材在不同温度下的力学性能变化,确保结构在极端温度下的安全性和耐久性。


 8. 支座不均匀沉降:

   - 地质勘察:通过地质勘探数据预测可能的支座沉降情况,评估其对结构的影响。

   - 柔性设计:膜结构通常具有较好的适应性,可通过设计合理的形状和预应力分布,允许一定程度的支座不均匀沉降。

   - 支座处理:必要时采用可调支座、滑动支座或设置隔震装置,以减小不均匀沉降对结构的影响。


设计过程中,上述各项荷载和作用需按照相关规范进行组合,确定最不利荷载工况,并进行结构内力分析、稳定分析、变形分析等,确保膜结构在各种工况下满足强度、刚度、稳定性、耐久性等设计要求。同时,还要考虑结构的整体美学效果、施工可行性、后期维护等因素,进行综合优化设计。


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