3.2 相關剖析軟件

　　膜結構剖析軟件可大致分為三品種型。榜首類是單純的找形軟件，它們多數是從相應規劃軟件的找形部分分離出來的。像德國的 CADISI 相當于 EASY的找形模塊，意大利的 TensoCAD相當于 Forten 找形模塊，新加坡的 WinFabric/Lite 是 WinFabric 找形部分。這些軟件可供修建師用于找形概念規劃。第二類軟件包含找形及裁剪兩部分，即不只能找出形狀還能斷定裁剪線，并繪出膜材的下料圖，但荷載態的剖析要憑借其它非線性軟件完結。像英國的 Patterner 及新西蘭的 Surface 等均屬此類。第三類軟件包含找形、荷載態剖析及裁剪等悉數內容，可生成直接供電腦操控的裁剪機器下料的數據，像德國的 EASY，英國的inTENS，意大利的 Forten32，新加坡的 WinFabric 等。一些聞名的膜結構公司如 Birdair等具有自己開發的專用軟件。

4.  核算成果的剖析

4.1  曲面病態的斷定與調整

　　找形的意圖是要得到既契合修建師的外形構思，又契合鴻溝束縛和力學平衡的空間形狀。可是并非悉數經過找形得到的形狀都是合理的，或是最優的。由于膜結構的形狀與膜面內的應力之間存在彼此限制的聯絡，因而假設在荷載態剖析中出現褶皺過多或變形過大的情況，就闡明膜結構的形狀不合理，即存在“病態”區域或曲面是“病態”的。

1. “病態”曲面的斷定

　　關于“病態”曲面的斷定能夠從幾許﹑應力和剛度三方面來調查。

　　幾許方面：首要是看外形是否盡可能挨近修建師的外形構思；是否存在較大規劃的扁平域（扁平意味著幾許剛度低，易發作積水或積雪）；曲面的曲率改動是否陡峭（曲率的過大改動，將導致支承條件雜亂且膜面應力會集），等等。

　　應力方面：首要是看是否有應力會集現象；應力分區不宜太多，相鄰應力分區的應力值相差不宜太大。

　　剛度方面：首要是針對受荷情況而言，即受荷時是否因張力消失而出現褶皺，是否在風雪荷載下出現過大的變形。

2. “病態”曲面的調整

　　關于病態曲面，可考慮選用以下批改辦法：

　　幾許操控批改法：經過批改支承及鴻溝條件來批改曲面幾許，然后批改結構的剛度。

　　應力操控批改法：經過批改曲面的預張力散布及數值來批改結構的剛度。

　　歸納批改法：一同批改支承及鴻溝條件和膜面預張力，得到新的平衡曲面。

　　曲面的病態判別及批改，在某種程度上，就是一個曲面優化的問題。這兒的優化，要結合荷載態剖析的成果（是否有張力消失，變形是否過大）來進行，所以說，找形與荷載態剖析是個屢次重復的進程。

4.2  位移操控和應力操控

　　膜結構具有較強的幾許非線性，各項荷載效應無法進行線性組合。現在國表里習氣上都還選用依據安全系數的容許應力法規劃膜結構。規劃時需考慮不同的荷載組合，其間恒荷載、初始預張力參加悉數的組合。

1. 位移操控

　　膜結構是經過大變形來習氣外加荷載的。關于小品類膜結構而言，膜面的容許位移能夠取大一些；而中、大跨度的膜結構，一般膜面較為扁平，過大的豎向位移易導致積雪積水，使膜面發作漬斑乃至結構坍毀；水平位移過大也易使人發作不舒適感。別的，要留意防止膜結構因大位移與周圍其他物體發作沖突或碰擊導致膜面決裂。

2. 應力操控要求

　　在各種荷載作用下，膜面各點在經緯方向的最大應力應小于所用膜材的抗拉強度除以相應的安全系數。此外，還應保證在各種荷載組合作用下，悉數索段均處于受拉情況；在長時刻荷載組合（恒荷載、初始預張力）作用下，悉數膜片均處于張力情況。

5.  膜材、索及索具的規劃

5.1  膜材的規劃
　
　　膜材一般存在以下幾種失效辦法：①膜材內的拉應力超越其經向或緯向抗拉強度，導致膜材被拉斷；②由于膜材接縫處或膜與其它結構的銜接處的銜接強度缺乏所導致的開裂；③在膜材裝置進程中或由于結構不妥所導致的膜材撕裂。從結構視點講，對膜材的挑選就是要保證膜材的抗拉強度、銜接強度和抗撕裂強度滿意結構規劃的要求。

　　關于榜首種失效辦法，能夠經過增大膜材的安全系數來防止。一般在永久性荷載（如自重、預張力）作用下，膜材的安全系數取 8；關于風荷載起操控造用的組合，安全系數取 4；關于雪荷載，安全系數則取 5[4]。由于雪荷載一般會持續一段較長的時刻，能夠以為是一種半永久性荷載。由于膜材的經緯向抗拉強度及膜面在各個方向的應力并不相同，上述校核要按方向別離進行。

　　關于第二種失效辦法，可在接縫核算時加大安全系數、保證必要的接縫寬度來防止。當選用焊接銜接時，一般 PVC 及 PTFE 膜材的接縫寬度為 40 至 60 mm,小品中也有選用 25 mm 的；ETFE 膜材的焊接接縫寬度一般為 10 mm。詳細寬度取決于膜面規劃應力及焊接加工的質量；接縫強度還與溫度相關，溫度越高，強度越低。除規劃選定外，實踐加工時還需試焊、測驗接縫強度。

　　第三種失效辦法，往往與應力會集有關，這也是規劃和裝置進程中特別要留意防止的。由于膜材的撕裂強度僅為其抗拉強度的非常之一左右， 從國內已有膜結構的工程閱歷來看，膜材撕裂是最易發作的工程事端。膜材裝置進程中的暫時固定辦法不妥是導致膜材撕裂的首要原因之一，此刻的膜材現已打開但沒有繃緊，在陣風的作用下極易導致膜材撕裂。規劃中所選用的結構辦法不妥，也是導致膜材內的應力會集并終究撕裂的原因之一。在膜面與其它構件的銜接處簡略發作應力會集，對這些部位應恰當進行補強，即添加鴻溝處膜的層數。此外，由于膜結構的變形比較大，在膜結構與鋼結構的銜接部位應保證具有滿意的自由度；一同要防止膜面在風作用下與周圍其它物體相磕碰或沖突而使膜面受損。

5.2  索及索具的規劃

　　膜結構用索一般為高強鋼絲組成的半平行鋼絲索、鋼絞線、鋼絲繩等。半平行鋼絲索是由若干高強度鋼絲并攏經節操距扭鉸而成，能夠充分發揮高強鋼絲的強度，彈性模量也與高強鋼絲挨近，多用于大跨度修建和重要修建中。鋼絞線是由若干鋼絲捻鉸在一同而成，由于各鋼絲之間受力不均勻，其抗拉強度和彈性模量都要低于半平行鋼絲索。鋼絲繩是由若干股鋼絞線沿同一方向環繞而成，其強度和彈性模量又略低于鋼絞線；其長處是比較柔軟，適用于需求曲折且曲率較大的構件，在一些中小型膜結構中運用較多。

　　關于索的功用的評價首要有抗拉強度、伸長率、屈從強度和化學成分等幾個方面。一般，高強鋼絲的抗拉強度為 1470 N/mm 2 ～1860 N/mm 2 ，伸長率為 5%～6%。關于半平行鋼絲索和鋼絞線，其彈性模量約為 1.9×10 5  Mpa；鋼絲繩的彈性模量視結構及成型工藝不同大多介于 0.7～1.1×10 5  Mpa 之間, 經過預張拉處理后的可達 1.4～1.7×10 5  Mpa。

　　索的防腐處理一般有三種辦法：鋼鉸線鍍鋅、裹以樹脂防護套、表面噴涂。鍍鋅有電鍍和熱蘸鍍兩種辦法，鍍鋅厚度約為 25～40 微米，防護有用期與所在環境的惡劣程度有關。樹脂防護套構成一個密封的隔離層阻撓了索與外界環境的觸摸，所用材料多為高密度聚乙烯（PE）。表面噴涂也是為了構成一種隔離層，所用材料是礦脂化合物或組成蠟，消融后噴涂。關于膜結構用索，國內多選用鍍鋅鋼絞線或鍍鋅鋼絲繩；當鋼絞線、鋼絲繩顯露時，則需選用 PE 護套或其他辦法防護。國外膜結構用索多為不銹鋼索。

　　索具是銜接索與其它結構的重要構件，其力學功用有必要保證：①在索破斷拉力的作用下沒有顯著屈從；②在各種荷載組合和環境改動下，保證安全牢靠；③在動荷載重復作用下不會出現疲憊失效，也不會導致索端頭的部分疲憊失效。

　　膜結構用索具可選用熱鑄（如巴氏合金、鋅銅合金等）或壓接（如套環、異型螺桿等）。索具應作表面鍍鋅處理，并應進行超聲波探傷。索具與索的銜接處應進行密封處理， 還應保證索具與索銜接部分的強度不小于索抗拉強度的 95%。由于不銹鋼材料的強度高，用其做成的索具細巧、精美、耐久，條件答應時應優先選用。



　　索和索具的強度校核多選用容許應力法。關于索，安全系數一般不小于 2.0，即索的抗拉破斷力應不小于其最大作業應力的 2.0 倍。索具的安全系數一般不小于 2.2。

6.  結語

　　本文側重對膜結構荷載態剖析中的一些首要問題進行了討論，包含荷載取值、特別是風荷載的斷定辦法；荷載態剖析的辦法及需求留意的一些問題；常見的膜結構剖析軟件等。事實上，與傳統結構的剖析相同，規劃人員對核算成果的剖析與評判，往往比核算剖析本身更為重要。文章后半部分介紹了怎么評判核算成果，以及膜、索及索具等構件的規劃辦法。