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膜结构景观设计的三步骤

2023-08-07 14:06:43
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膜结构景观的设计可以分为三个步骤:

(1)找出初始平衡外观;

(2)在各种荷载组合下进行机械分析,以确保安全;

(3)裁剪制造。自20世纪60年代以来,兴旺国家提出了多种计算方法

到目前为止,有限元法是很先进、很常用的方法。单元类型均为三角平面常应变单元,从刚性板壳大变形理论中移植。

从下面的分析可以看出,青岛膜结构车棚不适合作为只能拉伸的软壳使用这种平面单元,因为就刚性外壳而言,这种平面单元可以看作是平面应力单元战争板弯曲单元的组合,其单元刚性阵可以由这两个单元刚性阵合并而成。膜结构作为一个软壳体,不能弯曲,只能通过膜曲面的曲率变化来抵抗垂直于曲面的外载荷,从而导致膜外表面的内力重散。如果仍然使用这种只要平面内应力的板单元,应变的线性局部不会反映平面外Z方向位移的影响,这将导致每个单元的位移。

考虑到这一点,中国膜结构技术人员首次在世界范围内使用了曲面面膜单元,应变的线性部分引入了Z向位移和单元的曲率和扭矩,而非线性部分仍然保留了Z向位移的影响项。这样就可以轻松满足每个单元和每个单元合并后的均衡方程,迭代次数大大减少,变形结果更符合真实情况。而且由于单元中的每个点应力不同,判断皱纹是否能呈现得更准确。然后,每个单元的曲率和扭矩率可以提供很多关于判断初始形状的正确性和优缺点以及切割的信息。

用曲面有限单元建立的膜结构找形和内力计算方法非常小。曲面具有非常完美的外观和应力状态,是膜结构很合理的理想初始状态。极小的曲面是指在给定边境条件下面积很小的曲面。任意一点的应力在这个曲面上是相等的。从20世纪60年代开始,兴旺国家就提出了物理模型法、力密度法、动力松弛法等多种计算方法。到目前为止,有限元法是很先进、很常用的方法。

不仅在国内,到目前为止,国外的计算理论也是以平面膜单元作为膜结构的计算模型。这种方法是从刚性板壳大变形理论中移植的。膜结构作为一种只能拉伸的软壳,不适合使用这种平面单元。其缺点是平面内需要过多的位移来满足平衡要求,而实际情况是平面外战争面内只需要一定的位移和曲率变化。因此,在后期内力计算应停止时,将真实数据常数代入后,由于前面找到的极小曲面与实践中可能存在的膜结构形状的差距可能在视觉上很小,但不能忽视计算,因此计算容易发散或起皱。这也是前面其他方法的共同缺陷。他们经常把这种连接过程分为两个阶段:理想的找形和实际的计算,所以他们不能保证所有找到的形状都可以用真正的薄膜材料制成等应力极小的曲面。