膜结构的设计分析

未分类 admin 2023-01-04 17:14 11 0

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目前环保压力非常的大,钢铁厂的料场、电厂的煤场、采煤企业的采煤堆放区域,采石场、水泥厂等等,都要环保封闭,有些业主需要采用膜来封闭:但在膜结构设计中,设计院应该做什么?

目前遇到的一些项目中,设计院通常把膜结构的设计和分析工作全部委托给专业膜结构公司。

究其原因可以概括为以下几点:

一是出于无奈;相对而言,大家对索膜结构不是很熟悉,经验比较少,所以做起来有些吃力,没有办法,只得委托给专业膜结构公司。

二是缺乏分析手段;现在设计人员的学历都很高,很多人在读书期间的研究方向是膜结构,所以对膜结构的计算分析并不是问题,特别是大设计院更是如此,但是缺少相应的分析工具是普遍存在的问题。

三是不愿意做。这是国内设计院普遍存在的现象,对于难、烦、特殊的项目,多数情况下都是分包给专业公司和高校,而给设计人员留出更多的时间去做经济效益更大的项目。即使是国内几个知名的设计院也是如此。

有时候委托给专业膜结构公司也不失为一个可行的办法,但是存在一些潜在的问题。

(1)膜结构公司基本上都是技术人员,而在建筑专业上偏弱,满足不了预定的设计意图;

(2)通常膜结构公司以施工为主业,设计水平明显低于设计院;

(3)大多数情况下膜结构公司以便于施工为目标,会降低工程的设计水平;

(4)设计院对膜结构设计和施工过程起不到控制作用,最终结构是否合理、施工是否满足设计要求无法进行有效的判别。

所以对于大型膜结构,设计院不能把整个设计工作完全委托给膜结构公司,而应该做一些必要的工作。根据目前遇到的两个工程案例:新密电厂、龙门钢厂的项目,我觉得设计院可以在以下几个方面多做些工作。

(1)根据建筑要求,提出设计目标;这个问题在工程中比较重要。建筑外形实际上是应该由建筑师提出的,而膜结构存在找形问题,所以建筑师往往要求结构工程师来定。但是找形又不是唯一的,不同的内力分布就会找到一个不同的建筑外形,不同的形状直接影响到建筑的效果。值得提出的是,不同的建筑外形可能直接影响到工程的经济性。因为有些形状比较难实现,可能需要较大的预应力,带来的问题就是使用更多的材料和施工技术上的难度。所以,合理的建筑外形应该是由结构工程师和建筑师合作反复推敲确定的。

(2)给出荷载、边界等设计条件,控制设计过程;设计是设计院的强项,所以对于复杂膜结构,荷载取值、边界条件等设计条件应该由设计院来定,特别需要提出的是边界条件和风荷载边界条件膜厂家基本都是假定边界条件为简支不动点,没有考虑结构的节点和结构的实际受力情况。

风荷载可能荷载规范上查不到相关数据,膜结构公司相对经验比较少,但设计院这方面经验储备多。合理确定风荷载取值,也是保证膜结构经济性的关键措施。

(3)给出力、位移等控制条件,控制设计目标;虽然我国有索结构和膜结构方面的规范和规程,但是相对而言,还不是很完善,对于一些特殊问题,比如膜片位移、拉索位移等具体问题,还需要设计人员查阅相关工程资料才能确定。这些细节,只能自己动手仔细研究,膜结构公司通常不会那么尽力。

(4)参与计算过程,采用不同的计算软件,并将计算结果与膜结构公司计算结果进行对比、校核;如果想了解和把握结构的受力性能,必须自己动手计算才行。现在的分析工具比较多,比如EASY、ANSYS、3D3S等,可以采用任何一款软件,将计算结果与膜结构公司的计算结果进行对比校核,这样才能保证计算结果的正确性。如果设计院确实没有计算能力,可以请第三方参与计算,毕竟,工程计算的正确性和合理性才是最关心的。

索膜结构的设计和施工必须紧密结合,不能把施工和设计分离考虑。因为施工的可能性和可实施性直接决定最终的设计结果和施工质量,所以设计中必须与膜结构公司加强联系,及时沟通。

设计对有关节点的受力要非常的清楚,同时要仔细查阅他们的加载情况

特别是节点区域的拉力平衡问题,如图中所示没考虑力的平衡,导致支座拉断

最好的办法是设计过程中让膜结构公司提前参与计算。这样膜结构公司专业人员可以及时提醒设计中的不合理之处,最重要的是设计人员可以随时请教膜结构专业人员,也可以对他们的设计提出优化方案。

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文/编辑  by  华天市政

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