2016-09-14
张拉膜结构的裁剪和找形分析

张拉膜结构是建筑结构中最新发展的一种形式,它以性能优良的织物为材料,或是向膜内充气,由空气压力支撑膜面,或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧,从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。张拉膜裁剪分析的目的是确定裁剪线和裁剪片,以便在并拢张拉后实现初始状态下的膜曲面,所以,裁剪分析应根据初始状态的膜曲面和预张力进行。

通过初始形态分析可以确定膜曲面的形状。该曲面是由一定幅宽的膜材,经过裁剪程膜片,并相互连接后张拉而成。膜曲面上的膜片间的连接线为裁剪线。裁剪膜片是待求平面,而膜曲面上的膜片是空间的,并且在裁剪线确定后是已知的,所以确定平面裁剪膜片的关键是如何将已知的空间膜片展开成平面裁剪膜片。实际生成的曲面和形态分析所得的曲面之间的误差,取决于空间膜片展开成平面的精度。由于膜曲面上的空间裁剪片具有预张力,所以确定平面裁剪片时还必须考虑预张力释放后的几何尺寸改变。

膜材的裁剪线可采用测地线法、平面相交法或其它有效的方法确定。测地线法是指在膜结构初始预应力平衡曲面上寻找测地线作为裁剪线。测地线指曲面上两点之间距离最短的线,对于可展曲面,展开平面上的测地线为直线。对于不可展曲面,展开平面上的测地线接近直线。平面相交法是指在膜结构初始预应力平衡曲面上,用一组平面按一定规律与曲面相交,并将各交线作为裁剪线。测地线线法得到的膜片宽度较为接近,节省膜材,单在曲面上形成的热合线美观性和视觉性效果较差。平面相交法可根据需要得到具有美观性和一定视觉效果的裁剪线。裁剪张拉膜分析时应综合考虑经济性和美观性两个因素后确定裁剪。

由于膜材在裁剪线处断开,故此处易产生应力集中。如果裁剪线处剪应力较大会影响膜材的受力性能,所以应尽量做到裁剪线与膜材纤维正,使主应力方向与纤维方向一致,避免张拉膜裁剪线受剪。

张拉膜结构曲面的形成与初始预张力作用有关,裁剪时必须考虑膜材应力释放后的弹力回缩。通常根据初始预张力大小和所用膜材的性能,通过修正裁剪膜片几何尺寸来消除膜内预张力的影响。