长方体充气膜结构设计简化计算方法研究

Adina膜结构分析(褶皱膜单元)

ADINA膜结构分析概略西南交通大学土木学院余志祥膜结构分析主要包括三个流程：找形分析，荷载分析和裁剪分析。找形阶段也有个别学者将其细分为找形与找态。国外专业的膜结构设计软件价格昂贵，利用常见的通用分析平台进行膜结构设计是一种可行且可替代的办法，但目前裁剪分析还得依靠自编程序或者专业的裁剪软件实现。02年的时候，我利用ANSYS摸索了一套膜结构找形、荷载分析的方法，并发布在专业论坛，实践证明其具有较高通用性，且结果较准确，并且还应用在了个别实际工程中。膜结构主要分为张拉膜、骨架膜以及充气膜三大类，就找形方法而言，三者基本相似，但在分析方法上，充气膜存在明显差别。无论张拉膜抑或骨架膜，通过找形分析之后获得的结构物理模型基本上算是确定模型，但充气膜在获得初始形态之后仍然不具有确定性，因为这个初始态和必须和相应的气压对应，且在充气膜受荷过程中互动变化，不如张拉膜或者骨架膜，可以在膜材内部导入相应的应变场保持其初始形态和初应力场的对应，保持其形态、应力在受荷阶段实现自动呼应。充气膜要模拟其膜面内压，必须引入第三方介质，即空气场并保证荷载、结构、内压场互动呼应。基于ADINA卓越的非线性分析能力，进行膜结构分析主要有几个关键点，首先说张拉膜结构和骨架膜。 1、根据建筑设计确定其初始平面形状。这个形状称为零状态形状，可以为平面，也可以为一个实际模型较为接近的三维曲面形态。 2、膜单元采用adina的2D Solid，并设置相应的单元选项为3D membrane。索单元可以直接用truss 单元等代，两种材料均可直接采用线弹性材料。 3、膜面网格采用三节点三角形或者四节点四边形。单元列式为线形完全积分格式。根据非线性计算的收敛难易程度，可以关闭非协调元模式。 4、将索和膜材弹性模量降低1000倍，设置支座提升量、增量分析参数，为获得结构找形初始形态完备分析参数。小弹性模量方法的本质在于让材料自由“伸长”，但内应力却几乎可以不变。 5、虽然adina能够直接提供输入膜材和桁架单元的初始应变，但实际操作中，除桁架单元可以通过初应变提供预应力外，膜面预应力一般不采用导入初始应变场的方式，那样在完成第一次找形之后，新的应力场无法和初始形态形成平衡，导致存在一系列问题。但3D membrane单元必须依靠一个很小的初始应变场来支撑膜单元的非线性分析（程序单元属性设置使然），因此，可以预定义一个很小的应变场，并赋予相应的膜单元，这个应变场产生的应力应该小到相对于工程预应力可以忽略。膜面的预应力最好通过降温方法施加，方法很简单，给膜材设置一个虚拟的热膨胀系数，比如1，但需要保证加载温度、膨胀系数和膜面预应力的对应关系，由于不是物理意义上的热分析，因此，温度、热膨胀系数都可以虚拟，但由此产生的膜面预应力却是必须符合实际的。具体计算公式很简单，可以参考任何一本弹性力学教材。 6、完成找形分析之后，可以在后处理获取相应的节点position，并导出为txt文件并在excel中完成编辑复制。 7、在前处理器中将零状态模型打开之后另存一份，并在其中进行编辑：首先将excel中的节点新位形数据黏贴到node define菜单的表格中，完成坐标更新；并将膜材和索材弹性模量还原到实际状态。这个过程需要注意的是，由于材料物理属性发生变化，控制产生索预应力或者膜预应力的应变设置、温度设置都要相应变化，目的是保持找形后的模型中的预应力保持不变，比如膜材的弹性模量还原时增加1000倍，则热膨胀系数降低1000倍，或者该系数不变，将温度降低1000倍，索单元的属性参数亦然。调整完之后计算分析，可以获得真实参数下的结构新位形。

《钢结构设计禁忌及实例》资料

《钢结构设计禁忌及实例》《钢结构设计禁忌及实例》 2010年11月02日内容简介本书依据相干规范及工程实践经验，对钢结构设计中的一些误区和禁区进行了深进分析。书中第一先容了一些工程案例作为警示，进而按规范系统逐条列出r相干设计禁忌、算例以及对规范的修改提议等内容，提出哪些题目不能那样做，而应当如何做。本书内容翔实，实用性、对照性强，可供盛大结构设计职员利用，也供相干专业施工、科研、教学职员参考。索引第1章钢结构工程违禁犯讳案例【案例1.1】吊车分袂肢柱头的疲惫拉裂【案例1.2】将门式刚架钢柱改为混凝土柱【案例1.3】在多层建筑上扩建门式刚架轻钢结构【案例1.4】过量积灰积雪【案例1.5】在吊车梁上随意施焊【案例1.6】重型平台柱头的剪切破坏【案例1.7】电机与平台共振【案例1.8】防锈油漆与防火涂料起化学反映【案例1.9】柱脚抗剪键设置不到位【案例1.10】门式刚架设计、施工、治理题目【案例1.11】钢材选择或利用不当

【案例1.12】未分清钢结构设计图与施工图的关系【案例1.13】在预应力高强度锚栓上出现焊点【案例1.14】不留意柱脚锚栓d=72mm与M72的差别【案例1.15】吊车梁轨道联接的经常损坏【案例1.16】吊车梁端上部变形引起突缘支座纵向联接题目【案例1.17】箱形吊车梁真个梁、柱节点过于刚劲【案例1.18】插进式柱脚埋深未进行计算【案例1.19】忽视施工运输安设阶段担保结构安稳和平安的临时举措【案例1.20】温度区段的不正常办理【案例1.21】梁柱节点采用栓焊并用联接的差异算法第2章选料【禁忌2.1】对建筑结构钢材根本知识缺乏了解【禁忌2.2】设计文件中对所引用的国家轨范没有所有、正确地表示【禁忌2.3】不熟悉经常用钢材的性能及特殊要求【禁忌2.4】用建筑结构用钢板按号取代Q235等钢号的钢板【禁忌2.5】对铸钢有哪些国家轨范不清楚【禁忌2.6】对钢材及联接选料要求不足明白具体【禁忌2.7】对钢结构联接要领一知半解【禁忌2.8】不了解各种焊接选料的型号、表示办法和具体用途【禁忌2.9】采用的焊接选料与母材不匹配【禁忌2.10】对钢结构紧固件联接缺乏了解【禁忌2.11】不深切理解钢材及其联接的各项强度设计值

充气膜结构的研究进展

充气膜结构的研究进展提要：本文从充气膜结构的结构设计原理入手，综述了其形态分析、荷载分析、剪裁分析等方面的研究现状与发展方向。关键字：充气膜结构;形态分析;荷载分析;剪裁分析充气膜结构是以性能优良的薄膜为材料，通过向薄膜构成的密闭空间内充气，利用空气压力支撑膜面，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。由于膜材所特有的非线性力学特点以及膜结构整体所表现的柔性、张力与形态的统一性，其结构设计原理显著区别于传统结构，属于大形变条件下应变和应力问题[1]。主要包括四个阶段：方案设计、形态分析、荷载分析、剪裁分析。其中，找形分析是基础，荷载分析是关键，剪裁分析是目标和归宿。有关充气膜结构的主要研究工作也就集中在这三者之上[2-4]。 1形态分析又称找形分析、找形，目的是寻找满足边界条件和初应力平衡条件的结构形状。初始平衡态的寻找是形态分析的关键，力密度法、动力松弛法和非线性有限元法是索膜结构初始形态分析的主要方法。其中，非线性有限元法在我国相关领域内应用最为广泛。陆鉴恒等人[5]针对膜结构找形中最小曲面的确定问题，采用动力松弛法，对迭代参数进行分析和简化，使迭代参数的简化只跟时间步长有关。从算例数据可得出，在收敛范围内，迭代次数n随着迭代步时间步Δt的增加大体呈先减少再增加的趋势，最小值在T/4附近。并发现：a.动态阻尼动力松弛法的两个参数是相互联系的，跟每一时间步质点对应的周期有关；b.参数的取值：虚拟质量为任意常数，时间步长与对应时刻的质点周期对应，取值范围为(0，T/π)，建议取T/4左右；c.此方法简化了参数的选择，明确了参数选择的物理意义。简化虽然增加了迭代的次数，但是在可接受的范围内，且误差比较说明提出的方法计算精度高，结果可靠，值得尝试和进一步研究改进。东南大学的周树路等人[6] 则针对力密度法的找形过程进行改进，避开其中“力密度”的概念，直接引入膜面应力和索拉力作为初始条件，以节点不平衡力作为控制误差，避免了传统力密度法需要反复试算力密度取值的弊端，使找形计算过程简洁高效。据此编制找形程序，通过复杂算例验证了该算法的正确性和普适性。鉴于力密度法原理简单但找形结果往往不能满足精度要求；非线性有限元法结果精度高但存在确定初始坐标问题和非线性系统的收敛问题。针对这两种方法的不足，温世峰等人[7]在综合以上两种方法后得到了混合法对膜结构进行找形。

钢结构储煤棚与充气膜结构比较

钢结构储煤棚与充气膜结构比较一、结构安全的差异充气膜结构是通过机械系统(8台风机)向室内空间连续不间断充气，气体在密闭的空间中逐渐加压而最终使室内外保持一定的压力差，膜体受到上浮力，产生的预张力以托起大空间。单纯的充气膜抵抗风雪荷载的可靠性差，应对极端大风、大雪存在隐患，硬物一旦刮伤损坏，自然塌落，不适用于大跨度的永久性建筑。充气膜结构只能作为条形煤场相对简易的临时仓储，无法适应圆形煤场、异形煤场及超大跨度永久煤场的工程要求，质量缺陷多，有很大局限性。钢结构网架采用实心球(材质45#高强度钢)及钢管紧密连接，使用年限50年，按70年一遇的地震及风压雪压考虑。其构件在生产车间内加工，标准化程度高，质量易于保证。储煤棚上部钢结构网架，与下部现浇混凝土支承柱及挡煤墙连成整体，传力稳定平衡，制造质量精良，工地安装便捷，此结构被广泛使用。二、维护使用的差异充气膜煤棚建设时必备两路电源，满足其加压风机及消防用电。一路6kV电源引自厂区，一路增加设置二套400kW 660V柴油发电机组，作为备用电源。后期使用时，完全依靠电能，不可断电。以一万平方米储煤棚估算，一年消耗超过15万元的电费，增加后期使用成本。钢结构网架在工厂内机械抛丸除锈，然后喷漆、喷塑或喷锌处理，增强了抗腐蚀性，在煤棚密闭环境中，需要10-12年对钢架表面防腐处理，按建筑面积计算，每次油漆费用约35-45元/方。三、建成运行案例的差异

充气膜结构由国外引进，多用于临时建筑(汽车旅馆、临时展出大棚等)拆建方便，气膜储煤棚在国内案例没有20个，也只局限在神华集团的煤炭储煤场方面的临建工程。钢结构网架储煤棚，技术成熟稳定，后期运营费用极低，初期投资节约，钢材可以回收利用增加效益，诸多优势明显。在电厂、集装站、储运物流园、选煤厂、水泥厂、煤化工项目的封闭煤场项目应用广泛，25年来运行安全可靠。华能、大唐、华电、国电、中电投等,大电力公司、地方电厂、煤炭、钢铁、水泥项目案例超过10000座，且运行安全良好。四、工程造价的差异充气膜材料自重轻，对基础挡墙要求相对低，但膜材价格高，上部充气膜1200元/方，2.5米高挡墙无法满足内部输出煤工艺，整体造价高过1500元/方，使工程造价比预期提升。钢结构网架对基础挡墙要求相对高，网架工厂化制作，在施工现场只须小型工具，不需要脚手架平台，即可拼装，大大节约造价，上部网架900-1000元/方，整体造价1100-1300元/方，。五、建筑效果的差异充气膜为白色或彩色,,,膜材，建筑外观漂浮蓬松，像搭建的大帐篷，空间层次上比例失调，显得死板、压抑。

钢结构工程案例

H 型钢钢结构节能住宅 1、体系的成果-房地产开发: ●莱钢樱花园小区 :山东省钢结构节能住宅示范工程。 ●济南艾菲尔花园:建筑面积 48000平方米,建设部认定 A 级住宅,山东省钢结构节能住宅示范试点工程,荣获第二届中国建筑钢结构金奖 (国家优质工程。 ●济南黄金时代:建筑面积 58912平方米。 ●青岛华阳慧谷:建筑面积约 40000平方米, 是青岛市和山东省首个节能 65%钢结构节能住宅社区。荣获第四届中国建筑钢结构金奖。 ●青岛莱钢大厦:位于青岛市海尔路, 啤酒城对面。建筑面积 78000平方米,是一个以五星级酒店为主,辅以高档写字楼及精品零售设施的综合性商业项目。 ●滨州中海城:建筑面积 1560000平方米,部分采用钢结构。 2、体系的成果-公共建筑 ●滨州国际会展中心工程:建筑面积 78000平方米,荣获中国建筑钢结构金奖。●青岛地丰大厦:位于青岛市经济技术开发区。总建筑面积 53000平方米,总高 92.8米。钢结构工程案例介绍 (一钢结构低层住宅案例介绍——上海碧海金沙 ?¤嘉苑项目: 位于上海奉贤区的海湾旅游度假区,占地总面积 40万平方米,建筑总面积 32万平方米,是目前国内最大的钢结构生态节能住宅小区。目前已完成一期工程 3.1万平方米。

该项目是按照《上海市生态型住宅小区技术实施细则》技术标准开发。项目技术定位:创建国家康居住宅示范工程、上海市一级生态住宅小区。 1、特点: ● 优越的地域优势其独特的地理位置形成海湾天然氧吧, 周边大学林立、交通便利、拥有丰富的自然水系资源。 ● 和谐的小区环境小区环境规划与建设中, 集成了太阳能光电利用、垃圾分类处理等多项生态新技术;建有商业街、宾馆、会所俱乐部、幼儿园;具备安全高效的物业管理● 具有“ 钢结构、绿色节能、产业化” 特点的生态住宅住宅中采用钢结构体系及筏型基础、粉煤灰加气混凝土砌块和聚苯板双重保温系统、无源湿感中央新风系统、与建筑一体化的分体式太阳能热水系统、直饮净水系统和个性化的工厂化装修等十多项生态节能住宅技术 2、结构形式项目为低层建筑, 全部采用 H 型钢钢框架结构。项目一期工程 3.1万平方米,使用热轧 H 型钢约 1100吨。项目采用钢筋混凝土现浇楼板。由于采用钢结构,自重轻,故所有建筑均采用天然地基,基础采用片筏或条型基础。 (二钢结构多层住宅案例——济南艾菲尔花园济南艾菲尔花园项目济南艾菲尔花园项目位于济南槐荫区,是建设部 1A 级住宅、 2004齐鲁名盘 50强, 并荣获 2003年度中国建筑钢结构金奖 (国家优质工程、2005山东省节能省地型建筑奖。济南艾菲尔花园总建筑面积约 4.8万平方米, 其中三幢小高层, 三幢多层住宅, 小高层住宅采用钢框架 --中心支撑结构体系,框架柱采用箱形截面,中心支撑采用圆钢管,框架梁、楼面次梁采用热轧 H 型钢;多层住宅采用纯钢框架结构体系,梁、柱采用热轧 H 型钢。用钢量为 2300吨,其中热轧 H 型钢用量为 900多吨。

钢结构设计实例含计算过程

设计资料北京地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。车间跨度21m，长度144m，柱距6m，厂房高度15.7m。车间内设有两台150/520kN中级工作制吊车。设计温度高于-20℃。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，8cm厚泡沫混凝土保温层，1.5m×6.0m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载0.6kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm ×400mm，混凝土标号为C20。一、选择钢材和焊条根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。焊条采用E43型，手工焊。二、屋架形式及尺寸无檩屋盖，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。＝L-300＝20700mm，屋架计算跨度为L ＝1990mm，端部高度取H 中部高度取H＝H +1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm，屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。屋架杆件几何长度（单位：mm）三、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。

大跨度充气膜结构的应用和施工技术

摘要：大跨度空间结构是我国目前发展最快和工业领域应用最广泛的结构类型。随着社会经济的发展，大跨度膜结构的作用会更加广泛，但膜结构在施工过程中以及建成后的使用和维护，任何的错误或者不严谨都可能会影响到膜结构的正常运行。因此，我们还需进一步加强对其的研究和施工技术的不足，从而推动大跨度膜结构在我国的健康发展。关键词:大跨度；膜结构；应用；技术一、充气膜结构的定义与发展充气膜结构是一种新型建筑结构，是轻型空间结构的一个重要分支，有单层、双层、气肋式三种，具有丰富多彩的造型，建筑特性、结构特性和适宜的经济性。因此，充气膜结构的诞生，就迅速在世界各地发展起来。充气膜结构是一个相对密闭的空间结构，与传统空间结构不一样的是，它是通过风机向结构整体内部送风，使膜内外形成一定的压力差，以保证膜结构整体的刚度，达到所设计的形状。之后，由压力控制系统使结构维持一定的内外压差，保证结构的稳定性。充气膜结构建筑主要应用于体育场馆、大型娱乐休闲设施、展览会馆、物流仓储及环保工业等大跨度建筑结构，其技术广泛应用在比较发达的国家，主要集中在美国、加拿大、日本及欧洲的部分国家。我国对气膜结构的研究始于上世纪90年代初，当时与世界水平相比，无论是设计理念还是施工技术都存在一定的差距。充气膜结构不同于其他膜结构，其形状虽然没有张拉膜丰富多样，但要求空间密闭，通过室内外压差保持结构的稳定性和安全性，并符合国内外规范要求和承受风雪荷载。它是集结构力学、机电系统、计算机控制系统于一体的较高技术水平的系统化结构形式。充气膜结构突出的优势是智能化管理系统，管理人员可以通过手机APP来实时检测气膜的状况，同时系统也会实时对气膜的状况发送至手机，这样的管理系统让气膜更智能化。有效的提升建筑的安全稳定性以及使用寿命。充气膜结构作为一种新型的空间建筑，具有传统建筑无法比拟的优势。特别对于需要大面积大空间的作业厂区，它比任何建筑更具有优势，因此它可广泛应用在需要大跨度作业空间。二、大跨度膜结构施工技术的研究（一）、土建基础

膜结构找形及节点分析

膜结构找形及节点分析摘要：文章概要对比分析了各种膜材料的物理特性及其力学性能，膜结构形状的类型及各种类型的特点及适用范围，并着重分析了应用广泛的张拉式结构型式，简要概括了膜结构常用的找形方法和节点连接方式，最后通过上海世博挪威馆实例分析了膜结构的连接和主要的节点构造，结果表明了木结构和膜结构结合的可行性和可靠性。关键词：膜材膜结构形状找形分析节点连接 0引言膜结构与传统的建筑结构相比，形体多样、重量轻，可获得较大跨度的建筑空间，具有较好的经济效益。膜结构的加工和制作均在工厂内完成，仅在现场安装即可，与混凝土结构相比大大缩短了了施工工期。膜结构具有易拆，易建，易搬迁和易更新的特点，膜结构具有较低的能耗、较高的反射性和较低的吸光率，已被广泛用于大型的体育场馆和公共建筑。如美国丹佛国际机场，英国的格林威治的“千年穹顶”张拉膜结构。近年来我国的膜结构也有了较快的发展，上海八万人体育场馆成为我国第一个永久性的膜结构工程，2008年奥运场馆“鸟巢”及2010年上海世博轴的建成表明了膜结构在我国得到了较快的发展。这种独特的建筑形式得到了越来越多的关注和发展。本文主要从膜材，膜结构类型的选择及找形方法和节点连接方面分析了膜结构的特点，并结合上海世博挪威馆分析了膜结构的应用。 1膜材料物理及力学性能分析膜材料主要有PVC膜材，PTFE膜材及ETFE膜材，其物理力学性能对比分析见表1。表1：膜材材料物理及力学性能指标比较 2膜结构形状及特点分析 2.1 骨架式  骨架式膜结构以钢构或集成材料构成屋顶骨架在其上张拉膜材的构造形式。其下部支撑安定性高，因屋顶造型比较单一，开口不易受限制，具有经济效益高等特点，广泛应用于任何大小规模的空间。 2.2 充气式

钢结构课程设计参考示例

参考实例：钢结构课程设计例题－、设计资料某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。

图1 屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图2所示。

符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；

CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）图2 屋架支撑布置图三、荷载与力计算 1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。永久荷载标准值放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值雪荷载0.75kN/㎡积灰荷载0.50kN/㎡总计 1.25kN/㎡

整体空气支承式膜结构的计算分析

整体空气支承式膜结构的计算分析向阳（北京思博福瑞空间结构技术有限公司，北京100102）提要：依据《膜结构技术规程》，膜结构大致可分为四大类。空气支承式膜结构是其中应用较少的类型之一。本文将空气支承式膜结构又细为整体空气支承式和局部空气支承式，并针对整体空气支承式膜结构的特点，以一个实际工程为例，对其在结构计算中的一般规定、初始形态分析、荷载效应分析，从膜张力分布、膜结构变形、膜结构反力等方面进行了论述。以期对此种类型膜结构的进一步理论研究及工程应用做一些有益的贡献。关键词：充气膜、整体空气支承式膜结构、计算分析一、引言膜结构的分类，依照《膜结构技术规程》CECS158:2004可分为四大类，即整体张拉式、骨架支承式、索系支承式、空气支承式。本文又将空气支承式膜结构，细分为整体空气支承式和局部空气支承式。整体空气支承式膜结构是在整个密闭建筑物内部充气，使建筑物内外形成压力差，从而抵御外荷载。以前习惯称之为气承式膜结构，人处于密闭的充气建筑内部，如图1、2所示。图1、整体空气支承式膜结构图2、整体空气支承式膜结构示意图局部空气支承式膜结构是在一个相对较小的气囊内充气，使气囊内、外形成压力差，从而抵御外荷载，如图3 所示意。多个气囊可以组合使用，根据气囊功能不同，又可细图3、局部空气支承式膜结构示意图

分为气肋式（类似于结构构件—拱，如图4所示）、气梁式（类似于结构构件—梁，如图5所示）、气枕式（类似于结构构件—板，如图6所示）。人处于密闭的充气囊外部。图4、气肋式图5、气梁式图6、气枕式本文结合一个实际工程，针对整体空气支承式膜结构的计算分析进行介绍。局部空气支承式膜结构另文介绍。二、初始形态分析该工程坐落在北京，是一个膜结构部分长52米、宽32米、高12米的网羽运动馆。膜结构的一端连接在一个高4米、长10.5米的砼结构的服务裙房上，如图7所示。采用P类膜材，属于中小规模的整体空气支承式膜结构。空气支承式膜结构的计算分析与其它类型的膜结构的计算分析在理论上没有区别，同样采用含有膜单元的非线性有限元方法。设计过程依然是初始形态设计、荷载效应分析、裁剪设计。重要的区别在于空气支承式膜结构始终存在一个内部空气压力。这里先定义几个名词：最小工作内压，是指在正常气候条件、正常使用条件，结构能维持稳定的最小气压，一般不低于200Pa。最大工作内压，是指在最不利的荷载作用下，满足膜材设计强度、结构不会出现过大的变形的气压值。正常工作内压，是指在正常气候条件、正常使用条件、常遇荷载作用下，结构能维持稳定的气压值，并应保持室内环境的舒适度。一般取250Pa（250Pa=0.25kN/m2=0.00247大气压），大气压变化不到3‰，因此人进入到充气状态下的膜结构建筑内，基本感觉不到压力的变化。本项目取膜的初始预张力为4kN/m、正常工作内压为250Pa进行初始形态设计，并以此作为裁剪设计的基础。初始形态设计结果如图8 所示。图7、计算简图

骨架式膜结构

骨架式膜结构以钢构构成的屋顶骨架后，在其上方张拉膜材的构造形式。下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。张拉式膜结构以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。张拉式膜结构以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。充气式膜结构充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高。膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度，柔韧性好的薄膜材料，是由纤维编织成织物基材，在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成材料，中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维，而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂（PVC），聚四氟乙烯树脂（PTFE）。织物基材——抗拉强度，抗撕裂强度，耐热性，耐久性，防火性。涂层材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。二、建筑物的构造组成基础墙或柱楼地层六大基本组成楼梯屋顶门窗特有构配件：阳台、坡道、雨篷、女儿墙、台阶、花池等基础是墙和柱子下面的放大部分，它直接与土层相接触，承受建筑物的全部荷载，并将这些荷载连同本身的重量一起传给地基。基础是建筑物的主要承重构件，处在建筑物地面以下，属于隐蔽工程。基础质量的好坏，关系着建筑物的安全问题。建筑设计中合理地选择基础极为重要。

充气膜结构的受力分析

充气膜结构的受力分析膜结构车棚采用的充气膜结构技术，其受力分析为解决气枕式充气膜结构在荷载作用下的变形问题，采用非线性有限元方法对气枕式充气膜结构进行形态分析的基本方法。气忱式充气膜结构的形态分析分为找形分析和找态分析两个阶段，由此可得到满足相应要求的几何模型与应力状态．假设密封气枕内质量一定的气体满足理想气体状态方程，在荷载作用下，内压随着体积的变化而变化。给出在一定压力作用下半球状气枕的验证算例并与材料力学中给出的理论解进行比较；基于该方法，另对气枕式充气膜结构在不同外荷载作用下的受力状态进行分析并给出相应的算例，计算结果表明采用理想气体状态方程可以模拟在外部荷载作用下气枕的变形、应力状态以及内压变化情况，且是合理有效并具有较高的准确性。张拉膜结构的找形采用动力松弛法，对膜结构找形分析时，为了防止节点的聚集以获得更精确的膜曲面，提出了一种新的控制网格变形的找形技术。膜单元采用平面三角形单元描述，在单元每两节点间引入了与单元边长变化速率成正比的阻尼项，通过阻尼项产生的节点力来控制网格在找形过程中的变形，对悬链面找形时发现，当黏性系数不大于0.7时，动力松弛法收敛，网格节点分布较无阻尼时均匀。对Scherk-1ike曲面找形时发现，能够控制网格变形且满足收敛性的黏性系数的上限为1.5。此方法能够有效地解决膜结构找形分析中网格的大变形问题，保证了单元密度，尤其是克服了曲率较小处网格过于稀疏的缺陷。文章来源：https://www.360docs.net/doc/e84705165.html,/news_show_1629.html https://www.360docs.net/doc/e84705165.html,/employ.asp

膜结构的三种分类

常州泽拉膜结构厂-常州景观棚,常州停车棚,膜结构雨棚,常州膜结构膜结构的三种分类膜结构建筑是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式。它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。膜结构的分类有很多，下面小编就为大家介绍一下。第一种：骨架式膜结构骨架式膜结构是以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因为屋顶造型比较单纯，开口部不容易受限制，而且经济效益高，所以它广泛的适用于任何大，小规模的空间。第二种：张拉式膜结构张拉式膜结构以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达到安定的效果。除了可以实践而且还具有创意，除了具有创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。大型跨距空间也多采用了以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因此施工精度要求高，结构性能强，而且具有丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。第三种：充气式膜结构充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因为利用了气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可以得到更大的空间，施工快捷，经济效益高，但是需要维持进行24小时送风机运转，在持续运行以及机器维护费用的成本上都是比较高。我国虽然是一个发展中国家，但由于国大人多，随着国力的不断增强，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛，而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。这是我国空间膜结构领域面临的巨大机遇。

超详细的钢结构设计全流程解析

超详细的钢结构设计全流程解析随着钢结构应用的急剧增长，结构形式日益丰富，不同的结构体系和截面特性的钢结构，其结构延性差异较大，为贯彻国家提出的“鼓励用钢、合理用钢”的经济政策，根据现行《建筑抗震设计规范》GB50011（简称“抗规”）及《构筑物抗震设计规范》GB50191规定的抗震设计原则，针对钢结构特点，《钢结构设计标准》GB50017-2017（简称“新钢标”）增加了钢结构的抗震性能设计内容。根据性能设计的钢结构，其抗震设计准则为：验算本地区抗震设防烈度的多遇地震作用的构件承载力和结构弹性变形（小震不坏）、根据其延性验算设防地震作用下的承载力（中震可修）、验算罕遇地震作用的弹塑性变形（大震不倒）。对于很多结构，地震作用并不是结构设计的主要控制因素，其构件实际具有的受震承载力很高，因此，抗震构造可适当的降低，从而降低能耗，节省造价。抗震设计的本质是控制地震施加给建筑物的能量，弹性变形与塑性变形（延性）均可消耗能量。在能量输入相同的条件下，结构延性越好，弹性承载力要求越低，反之，结构延性差，则弹性承载力要求高，在新钢标中简称为“高延性-低承载力”和“低延性-高承载力”两种抗震设计思路，均可达成大致相同的设防目标。结构根据预先设定的延性等级确定对应的地震作用设计方法，称为“性能化设计方法”。结构遵循现有的抗震规范规定，采用的也是某种性能化设计的手段，不同点仅在于地震作用按小震设计意味着延性仅有一种选择，由于设计条件及要求的多样化，实际工程按照某类特定延性的要求实施，有时将导致设计不合理，甚至难以实现。大部分钢结构由薄壁板件构成，针对结构体系的多样性及其不同的设防要求，采用合理的抗震设计思路才能在保证抗震设防目标的前提下减少结构的用钢量。虽然大部分多高层结构适合采用高延性-低承载力的设计思路，但是对于多层钢框架结构，在低烈度区，采用低延性-高承载力的抗震思路可能更合理，单层工业厂房也更适合采用低延性-高承载力的抗震设计思路。对于高烈度区的结构及较高的钢框架结构，设计中不应采用低延性结构，建议采用高延性-低承载力的抗震设计思路。性能化设计的核心思想，即通过：“高延性-低承载力”或“低延性-高承载力”的抗震设计思路，在结构的延性和承载力之间找到一个平衡点，达到最优设计结果，对高延性结构可适当放宽承载力要求，对高承载力结构可适当放宽延性要求。注意：如果按照新钢标的抗震性能做了设计，就无需再满足抗规及《构筑物抗震设计规范》GB50191规定的特定结构的构造要求及规定。本文系统梳理性能设计，同时结合算例展示PKPM软件如何实现对于钢结构性能设计的实现及对新钢标中支撑产生的不平衡力对梁设计的影响。 1.新钢标对性能设计的相关要求 1.1 抗震性能设计的性能等级和目标的确定钢结构构件的抗震性能化设计根据建筑的抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性，结构构件在整个结构中的作用、使用功能和附属设施功能的要求、投资大小、震后损失和修复难易程度等，经综合分析、比较后选定其抗震性能目标。钢标对构件塑性耗能区的抗震承载性能等级及其在不同地震动水准下的性能目标的划分按照如下图1进行的划分。

膜结构

一、膜结构概述膜结构是用多种高强薄膜材料( PVC 或Teflon) 及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定的方式使其内部产生一定的预应力以形成某种空间结构形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构有如下特点:造型活泼优美, 富有时代气息; 自重轻,适合大跨度的建筑; 可充分利用自然光,减少能源消耗;造价相对低廉,施工速度快;结构抗震性能好, 使用范围广。膜结构可分为张拉膜结构和充气膜结构两大类。张拉膜结构又可分为边界直接张拉成型和通过支撑、悬挂等成型两种;充气膜结构可分室内充气式和充气构件式两种。张拉膜结构具有造型优美柔和、使用维护方便等特点,它适用于中小跨度的结构中,支撑、悬挂式也能用于大跨度结构中, 充气式膜结构适用于大中型跨度的建筑,但使用期间维护较为麻烦。二、充气式膜结构早在1917 年,英国威廉·兰切斯特(Willian Lanchester)首次提出气承式( air - supported)帐篷,用于野战医院,并申请了专利,但由于当时的技术条件原因没有成为现实。直到1946 年,美国沃尔特·勃德(Walter Bird)才首次造成了一座直径15m 的充气穹顶。之后,德国的F. 奥托( F. Ot to) 把皂膜原理应用到膜结构设计中, 取得了不少经验。1967年第一届国际充气结构会议在德国斯图加特( Stuttgart )召开。这无疑给充气结构的发展注射了兴奋剂。随后,各式各样的膜结构建筑出现在1970 年大阪世界博览会上,其中最具代表性的是D.盖格( David Geiger)设计的美国馆( T he U. S. Pavilion) , 其平面是140m×80m 椭圆形的室内充气结构,其次是川口卫( Mamoru Kaw aguchi) 设计的充气香肠构件式的富士馆( 图1)。后来人们认为: 70 年大阪博览会是把膜屋顶系统地、商业性地向外界介绍的开始, 尤其是川口卫在这一领域内的研究成果,引起了国际的关注,是劲性结构向柔性结构转变的开始, 是建筑业的一个转折, 一次革命,尤如1851 年伦敦博览会上水晶宫( The Crystal Palace) 的建成,向人们展示了工业化建筑技术和幕墙施工技术; 1889 年巴黎博览会上埃菲尔铁塔( T he Eiffel Tow er )展示了摩天技术的能力和可能性一样, 1970 年大阪博览会展示了人们可以用膜结构建造永久性建筑。这时,盖格-勃格公司( Geiger- Berger Associates)在多方支援下开发出了具有适合美国永久建筑规范的特氟隆( Teflon) 膜材料,为膜结构广泛应用于永久、半永久性建筑奠定了物质基础。之后,用特氟隆覆盖玻璃纤维材料做成的充气膜结构建筑相继出现在大中型体育场馆中。其中典型的有: 1973 年美国加利福尼亚州圣克拉勒大学活动中心( Activities Center at Santa Clara College in California)建成, 平面为91m×59m 椭圆型。1975 年密歇根州庞蒂亚克“银色穹顶”( Silverdome) , 平面为220m×159m 椭圆型。到1984 年,美国共建成8 个大中型充气式体育馆,其中有4 个平面尺寸在40 万平方英尺(约合37249m2)以上。1988年日本建成东京体育馆( Tokyo Dome) ,室内面积46756m2。在十几年的应用中,充气膜结构虽然实现了大型体育场馆的室内化,但也存在着不少问题,特别是融雪热气系统和空压自动控制系统性能不稳定, 寿命也有限,而且随着时间的推移这个问题更为突出, 几乎所有的充气场馆在使用中都出现过问题, 有的还不止一次。尤其是1985 年冬,密歇根州遇到一次大风雪, 庞蒂亚克“银色穹顶”差点没有全部倒塌,使得人们对这种结构越来越没有兴趣,似乎这种体系在大型体育场馆中再加应用已没有可能,人们因而把目光转向索穹顶( cable dome)膜结构中来。尽管如此, 人们还为自己的城市拥有这样代表先进设计技术的建筑而骄傲。三、张拉式膜结构张拉式膜结构的前身是索网结构。第一个索网结构是1951 年美国F. 赛沃特( Fred Sev erud)设计的雷利活动中心( T he Raleigh Arena) ,索网为双曲抛物面。最大的是1972 年德

充气膜结构建筑的特点以及特性有哪些

充气膜结构建筑的特点以及特性有哪些？近年来，环保逐渐被重视，新型建筑气膜的优势也被得到了认识，在各个领域收到了广泛的应用，比如在煤电厂，火力发电厂，气膜物流仓储，体育场馆，作业车间，展览馆等行业，充气膜建筑是用特殊的建筑膜材做外壳，配备一套智能化的机电设备在气膜建筑内部提供空气的正压把气膜建筑主体支撑起来的一种建筑结构系统。下面就为大家介绍一下充气膜结构建筑的特点以及特性有哪些？气承式膜结构采用高强度、高柔性的薄膜材料为主要材料，利用密封空间内的空气压力支撑原理，将膜材的外沿固定在地面基础上或者屋面结构周力上，利用充气系统将大量空气送入气膜内部空间，当气膜内压力大外气膜外压力时，就产生一定的气压差，气膜内气体就能将膜材支撑起来覆盖在地面或者屋面上，形成无梁无柱的空间结构。使得其内部拥有大空间。内部空间结构宽广，可实现180米跨度。建造周期超短：与其它建筑相比，充气膜结构建筑减少了支承结构和构件的制作及安装工序，仅需制作完整的充气膜结构即可，这样可以大大减少建设周期，一般气膜从土建基础到完成装置整个过程一般在2-3个月左右。环保节能：充气膜建筑虽然结构相对简单，但是膜结构材料构本身拥有自重轻、抗风、防腐蚀等特点，所以能做到节能环保，而且气膜内的空气净化体系，可将雾霾和污染空气挡在馆外，让馆内实现恒湿恒温的效果。

气膜建筑在我国还属于临时性建筑，都是按照临时建筑报建，不需要按照传统建筑那样办理正规报价手续。所以气膜建筑易于报建，审批手续简单。气膜建筑在施工之前无需办理建设工程规划许可手续，设计安装单位也不需要具备相应资质，项目验收由施工单位和业主自行负责。

充气膜结构设计中应注意问题

充气膜结构设计中的若干问题一、一般因素 1、气承式充气膜结构内部压力要略高于外部大气压，以压差为25mm水柱为例，它与 25kg/㎡的外力相当。空气的比重约为1/800，所以25mm的水柱（0.025*800=20m）的空气柱压力想当，即只相当于7层楼高度与地面的气压差。有也就是说此压力差对人体不会造成损害，也不会引起不适的感觉。与一般的壳体结构相类似，在压力一定的情况下曲率半径大的地方应力大，半径小的地方（膨胀的形状）应力小。 2、空气膜结构是指利用送风形成的内压使膜而产生张力，同时使结构保持空间上的稳定性及结构整体性，并且采用膜材料建造的建筑物。 3、空气膜结构的基本构成包括膜结构体系，送风系统，控制空气流通的出入口和紧急出口及适当的锚固系统。另外在有必要的情况下，需要设置膜面补强系统，窗，换气装置，保温隔热材料，冷暖空调和照明系统。 4、空气膜结构的用途，规模，使用时间，建设场所等，在结构上都属于必须保证安全的范畴，另外必须制定安全措施确保膜结构内部所容纳的人员的安全，迅速并且非常便利地撤离危险场所。 5、为了使膜结构能够安全有效的使用，并且在使用期间确保安全，设计者必须编写管理办法的指导资料。结构物的管理者根据此指导资料进行。二、结构方案 1、建设场地的地基条件，环境条件、荷载条件等以及公众安全方面的调查都必须进行，并作出与此相适应的方案。 2、结构形态应该是由内压形成的稳定的曲面，在荷载和外力的作用下，变形及应力集中很小，另外应该在设计的内压下因风而发生的有害震动不易产生。 3、结构的形态还满足在设计内压下，不易产生积雪，融化的雪水、雨水的淤积问题。 4、膜材料以及膜的连接部位，必须具有足够的强度和刚度，在长时间的使用下显示稳定的性能。在必要的情况下对膜材料进行防火处理。 5、索材料，连接使用金属部件，锚固基础等必须有足够的强度刚度及耐久性。 6、内压必须根据荷载情况采用并保持必要的内压值。在通常情况的内压，在比较频繁发生的荷载作用下，必须能够维持建筑物的完美形状与功能。在特殊荷载作用的期间内，内压值必须能够维持结构体系的形状及健全性。 7、送风机的能力，在考虑结构体的空气损失及必要的换气量的情况下，具有能得到最大内压所必须的送风量与送风压的能力。 8、根据需要，在通常情况下，冬天不允许存在对结构及建筑功能有影响的积雪，因此在必要的情况下需制定融雪与除雪的方案。 9、预备送风机，预备动力电源，预备照明系统等，在主装置发生故障的情况下，能充分代替主装置需作出详细的替代方案。

钢结构案例分析

案例一：美国亚特兰大体育馆（佐治亚穹顶）索穹顶结构索穹顶结构是20世纪80年代美国工程师盖格（Geiger）发展和推广富勒（Fuller）张拉整体结构思想后实现的一种新型大跨结构，是一种结构效率极高的张力集成体系或全张力体系。它采用高强钢索作为主要受力构件，配合使用轴心受压杆件，通过施加预应力，巧妙地张拉成穹顶结构。该结构由径向拉索、环索、压杆、内拉环和外压环组成，其平面可建成圆形、椭圆形或其他形状。整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态，可充分发挥钢索的强度，这种结构重量极轻，安装方便，经济合理，具有新颖的造型，被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。 1992年，美国工程师李维（M.P.Levy）和T.F.Jing对盖格设计的索穹顶结构中索网平面内刚度不足和易失稳的特点进行了改进，将辐射状脊索改为联方型，消除了结构内部存在的机构，并取消起稳定作用的谷索，成功设计了佐治亚穹顶（Georgia Dome）（1992年建成，椭圆形平面，240.79m*192.02m），成为1996年亚特兰大奥运会的主体育馆屋盖，用钢量不到30kg/m2。佐治亚穹顶体育馆位于亚特兰大的中心地带，1992年作为美国橄榄球联盟亚特兰大大猎鹰队的主场开放。该馆因成为1996年奥运会主体育场馆，是世界上最大的电缆支撑穹顶形体育馆。佐治亚穹顶，是目前世界上最大的索穹顶结构，双曲抛物面型张拉整体索穹顶结构，由美国工程师列维等设计，是1996年亚特兰大

奥运会主赛馆的屋盖结构，其长轴为240米，短轴为193米，为钻石形状，曾被评为全美最佳设计。整个结构由联方型索网、三根环索、不连续撑杆及中央桁架组成。佐治亚体育馆的结构是一个空间桁架，其底部弦杆由环形索代替。这个屋顶为240m*193m的椭圆形，是同类索膜结构中世界上最大的。它由涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维膜覆盖。屋面呈钻石状，看上去象水晶一般。整个屋顶由7.9m宽、1.5m厚的混凝土受压环固定，共52根支柱支撑着700m周长的混凝土受压环，钢焊接件被预埋进受压环内，以提供26个屋顶连接点。为了使屋顶的热膨胀不影响下部结构，受压环座落在“特氟隆”承压垫上。这样，外力作用下承压垫只能径向移动，并可将风力和地震力均匀传向基础。脊索及底部环索上的连接件均为焊接件。这些接头沟通过钢板与其他杆件连接。飞杆的底部与斜索和环索固定，飞杆的连接件做成铰接件，以使其易于安装并在不均匀承重情况下允许接头旋转。外景