空(kōng)氣支承式膜(mó)結構的計算分析與其它類型的膜結構的計算分析在理論上沒有區(qū)別,同樣(yàng)采用含(hán)有膜單元(yuán)的非線性有限元方法。設計過程依然是初始形態設計、荷載效應分析、裁剪設計。重(chóng)要(yào)的區別在於(yú)空氣支承式膜結構始終存(cún)在一個內部空氣(qì)壓力。
這裏先定義幾個(gè)名詞:
最小工作(zuò)內壓,是指在正常(cháng)氣(qì)候條件、正常使(shǐ)用條件,結構能維持穩定的最小氣壓,一(yī)般不低於200Pa。
最大工作內壓,是指在最不利的荷載作用(yòng)下,滿足膜材設計強度、結構不會出現過大的變形的氣壓(yā)值。
正常工作內壓(yā),是指在正常氣候條件、正常使用條件、常遇荷載作(zuò)用下,結(jié)構能維持穩定的氣壓值,並應保持室內(nèi)環境的舒適度。一般取250Pa(250Pa=0.25kN/m2=0.00247大氣壓),大氣壓變化不到3‰,因此人進入到充氣狀態下的膜結(jié)構建築內,基本感覺不到壓力的變化。
本項目取膜的初(chū)始預張力(lì)為4kN/m、正常工作內壓為250Pa進行初始形態設計,並以此作為裁剪設計的基礎。初始形態設計結果如圖8所(suǒ)示。
三、荷載效應分(fèn)析
北京地區(qū),基本雪壓為0.4kN/m2,基本風壓為(wéi)0.45kN/m2,風振係數(shù)取(qǔ)1.2,體型係數采用封閉式落地(dì)拱形屋麵,考慮了沿建築縱(zòng)向及橫向兩種(zhǒng)風向。
由於雪荷載(zǎi)作用方向向下,抵消了一部分充氣壓力,膜麵張力減小,從而降低了膜結構的剛度。因此,一般情(qíng)況下(xià)空氣支承式膜結構在暴雪來臨之(zhī)前,需要提高充氣壓力(lì)至最大工作內壓,本項目取650pa。而風荷載在結構大部(bù)分(fèn)區(qū)域產(chǎn)生負壓,作用方向向上,荷載效應與充氣壓力效應(yīng)一(yī)致,膜麵張力疊加。因此,一般情(qíng)況下空氣支承(chéng)式膜結構在強風來臨之前雖然也(yě)需要提高充氣壓力,增加膜結構剛(gāng)度,避免結構過大變形,但是不需要提高(gāo)至最大工作內壓,本項目取500pa。
荷載組合如下:
(1) 1.20 恒載+1.0初始預張力+1.0最(zuì)小工作內壓200pa
(2) 1.20 恒載+1.0初始預張力+1.0最(zuì)大工作內壓650pa
(3) 1.00 恒(héng)載+1.0初始預張力+1.0強風工作內壓500pa
(4) 1.20 恒載+1.0初始(shǐ)預張力(lì)+1.0最大工作內壓650pa + 1.40活載工況(雪荷載(zǎi))
(5) 1.00 恒載+1.0初始(shǐ)預張力+1.0強風工作內壓500pa + 1.40風載工況(縱向風(fēng))
(6) 1.00 恒載+1.0初(chū)始(shǐ)預張力+1.0強風工作內壓500pa + 1.40風載工況(橫向風)