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膜结构实训总结-昆明理工大学工程力学试验中心

第一篇：膜结构实训总结-昆明理工大学工程力学试验中心索膜结构实训总结报告当前，一种新的空间结构体系—张拉膜结构体系逐渐发展成熟起来。其无论在材料特性方面，还是受力特性等方面均与传统大空间覆盖结构体系均有明显区别。意大利著名的建筑师、工程师奈尔维曾经说过：“最带技术性的，最基本的结构特征—稳定性—通过应用各种建筑方法以保障其稳定性，也大大有助于取得确定的、理想的建筑艺术效果。”张拉膜结构体系也必然会遵循这一规律。对于建筑而言这是一种全新的结构，因此，正确地把握其结构体系的受力特征和构造体系是正确运用该结构体系，充分展示其结构美感的基础。为此，我们利用全国土木工程专业评估这个契机，向学校申请了制作一个小型张拉膜结构模型，希望通过此次实训增加对张拉索膜结构的感性认识及锻炼自已动手能力。我们本科生很少有机会可以接触实训的机会，能够接触索膜结构这种先进的建筑结构更是很难得的机会，但由于我们还没有学过这种结构，所以设计这一块都是由研究生做，我们本科生主要是做施工。整个建筑模型的的建成主要包括：方案确定，结构设计；构件加工（主要由加工厂加工）；场地测量平整；木模板制作；放线定位；基础找平；挖基坑；混凝土浇筑；膜的裁剪，粘贴，缝制；膜节点加工；套索；整体安装；油漆。1.张拉膜结构的材料特征和力学基本原理1.1材料组成膜布是表面涂有涂层的化学纤维织物薄膜。它分为两部分，基层是化学纤维织物，它主要决定膜材力学性能，提供材料的抗拉强度和抗剪强度等；外层为涂层，主要解决材料的物理性能，提供材料耐火、耐久性及防水自洁性。由此，可知膜布既是结构材料，也是围护材料，是一种能将自由曲线的造型和透明质感有机统一起来的新型建筑结构围护材料。其自重轻、抗拉性能好；更适合覆盖大空间结构建筑[1]1.2强度、刚度、稳定性与基本形态图1膜布受力成型示意膜布有径向和纬向相互正交的纤维织物组成，由于纤维织物是柔性材料，自身强度是靠拉力产生，刚度和稳定性的获得是通过预应力和曲度来达到静态的平衡。膜布在平衡状态下有两个弯曲方向，其曲率半径相反，一个凸出，一个是凹下，纤维股的方向一般与这两个方向平行。对应于这些方向的内压力产生反力，使体系保持静态平衡。其主要方向（径向）将承担这种荷载，而垂直于该方向的纬向是另一曲面，将帮助系统维护稳定。这种受力方式使任何局部荷载均有整体结构来承担，充分发挥了纤维的抗拉性，因此，膜布是一种新型空间结构材料（如图1所示）。力的平衡方程表示如下：Pf1/R1f2/R2式中，P为单元膜布所能承担的荷载；f1为方向1上的膜布拉应力;f2为方向2上的膜布拉应力；R1为方向1的膜布曲率半径；R2为方向2的膜布曲率半径。由于膜受张拉,是空间受力状态，形体是空间的自由曲面形态。其形态在数学上定义为双曲抛物面。从而从根本上改变了传统建筑基于压力学原理上的空间、形态特征和拉力作用下的直线形态特征。张拉膜结构模型设计张拉膜结构体系是利用钢索或骨架结构悬挂或支撑膜布形成的空间结构体系。其形式在不断发展。根据膜布张拉方式不同，一般分为三类：(1)悬挂式膜结构；(2)支撑式膜结构；(3)悬索穹顶膜结构。其强度、刚度及稳定性的特点．决定界面的围合方式。我们所做的张拉索膜结构就是一般意义上的悬挂式膜结构—马鞍形膜结构。利用结构设计软件3D3S中的膜结构设计模块进行设计，设计出来的马鞍形膜结构三维模型图（图2）如下所示图2模型三维图主要技术参数如下：本文的空间张拉膜结构主要由膜布及膜布四根边索、膜布角点节点板如图6、结构的四根稳定索和两钢管柱四部分基本构件组成。具体布置如图5，7所示，整个模型占地面积：8000mm×8000mm；膜布尺寸：轴①～②方向膜投影长度为3500mm,轴A方向膜投影长度为3358mm；设计荷载：参照膜结构设计规程，只考虑风荷载，查阅荷载规范取昆明地区风荷载基本风压0.3KN/m；拉索采用GB8918-96钢丝绳标准，类别为6×196，编号①②③④为结构稳定索，①③号索理论单根长度为3750mm，考虑索的强度，我们对每个编号索都采用双股钢丝绳，并考虑索卡长度，最终我们采用①③号索实际长度为7700mm,②④号索实际长度6000mm，索长度利用带正、反螺纹的花篮螺扣调节。编号为⑤⑥⑦⑧的边索仍采用单股长度均取为2465mm，具体长度利用带套筒的节点板的索端螺杆调节；立柱作为重要的支承构件，结构中的自平衡内力通过稳定索和膜布边索传至其上，截面承2受很大压力，必须使其具有足够的平面内、外刚度以满足结构与构件的稳定性要求，本结构采用100×6的焊接钢管，柱底端采用铰接连接如图3，它通过四根稳定索及四根边所施加的预应力使整个结构产生自平衡内力从而达到整体静态平衡；基础采用强度C20混凝土，其中基础J-1、J-3、J