索膜结构在风载作用下的曲率变化规律

膜结构与其它传统结构相比,具有许多不同特点,当膜结构受到大风或积雪作用时会发生大变形或曲率反转,严重时会使整个结构倒塌.本文分析了几种张力膜结构在风载作用下曲率变化的规律,给出具有较高承载力的曲面形状.     

膜结构的概念设计与形态优化

膜结构是一种建筑与结构完美融合的结构形式,"形"和"态"是膜结构设计中的重要概念.为实现形态设计的合理性,国内外学者已开展了大量研究,提出多种形态分析方法.但是形态分析并不等同于形态设计,要实现设计合理性还需要在概念设计和分析结果优化两方面开展工作.本文首先介绍了一些典型膜结构的建筑造型和力学特点,探讨了膜结构概念设计的一些基本原则;然后提出了以"刚度最大"、"受荷后应力分布最均匀"和"支反力最小"为优化目标的基于遗传算法的膜结构多目标形态优化方法;最后应用该方法对几种典型的膜结构进行了形态优化分析,得到了一些可用于指导膜结构概念设计的参数较优取值范围.     

一种膜结构裁剪分析的优化方法

裁剪分析是膜结构设计中的关键步骤,它决定了结构实际使用时的形状和应力分布.然而由于难以模拟膜结构由裁剪膜片拼接、张拉直至成型的过程,缺少求解膜结构实际平衡形态的方法,现有的裁剪分析方法无法确保得到的裁剪形状是最优的.本文定义了一个膜结构成型过程中的"中间形态",利用该形态将膜结构从初始形态张拉到平衡形态的过程划分为两个变形阶段,从而实现了由裁剪膜片拼接、张拉后膜结构实际平衡形态的求解.利用中间形态的特性,提出了一种力学方法来优化膜结构的裁剪分析,确保了膜结构在实际成型后的形状误差和应力误差最小.选取了一个中国帽模型作为算例,生成了最优化裁剪膜片,分析了结构在中间形态时的应力分布及其实际平衡形态,并与采用了相同模型的其他裁剪分析结果进行了对比.     

浙江体育训练中心田径场看台膜结构分析

骨架式膜结构是目前应用最广泛的膜结构,运用非线性有限元理论,将找形后的膜面覆盖在骨架结构上,膜面与钢结构组成整体,采用非线性有限元方法对骨架式膜结构在自重和预张力、风荷载、雪荷载等共同作用下的反应进行了分析,对膜结构和骨架结构分开计算和整体计算模型进行了比较,得出了一些有实用价值的结论。     

膜结构裁剪分析中考虑预张力释放的计算方法

本文针对膜结构裁剪分析中的关键问题──膜片预张力释放问题,根据弹性动力学原理,建立了膜片预张力释放计算模型。文中描述并求解了一个在预张力状态下的膜结构随预张力释放到一个无张力状态下的膜结构的过程,并给出了算例。     

张拉膜结构荷载分析过程的若干问题探讨

膜结构是一种柔性结构 ,影响其荷载分析的各要素与砼结构等刚性结构不同。本文在参考国内外文献的基础上 ,结合笔者在膜结构工程设计过程中所积累的经验 ,对与膜结构荷载分析有关的各要素 ,包括荷载种类、荷载组合、初张力、荷载效应等进行了分析 ,为膜结构设计的标准化、规范化做了一定的理论准备工作。     

脊谷式膜结构的形态优化分析

建立了以刚度最大、应力分布最均匀和支座反力最小为优化目标,以遗传算法为优化算法的膜结构多目标形态优化方法,对脊谷式膜结构进行了形态优化分析.揭示了在不同荷载形式下脊谷式膜结构的最优形态及其对应的结构参数关系,探讨了荷载大小、结构跨度及膜材预应力等参数对最优形态的影响,并给出了雪荷载与风荷载的组合作用下脊谷式膜结构最优设计参数取值范围,为脊谷式膜结构的设计提供了明确的指导.     

张拉薄膜结构的形态优化设计

在张拉膜结构形态分析概念的基础上 ,提出了对该类结构的优化设计的思想 ,结合遗传算法的基本概念提出了适用于张拉膜结构的优化算法 ,并编制了相应的计算程序。结合两个具体验证性算例 ,对张拉膜结构优化设计的概念和方法作了进一步的说明     

膜结构的多目标形态优化

根据膜结构的力学特点,建立膜结构的多目标形态优化模型,确定"刚度最大"、"受荷后应力分布最均匀"和"支座反力最小"为优化目标,并明确各目标的数学表达形式;重点比较用于描述刚度的三种表达形式(应变能、最大位移和平均位移)在力学概念及优化结果上的区别;通过加权系数法将多目标优化问题转化为单目标问题,并采用遗传算法进行求解;最后,给出相关算例对上述理论和方法进行验证.研究结果表明:膜结构形态优化模型是有效的、实用的;采用不同的刚度描述指标对优化结果影响很大,其中,应变能最能反映膜结构刚度的本质,优化结果也更为合理;结合加权系数法和遗传算法,可以获得各项力学性能均较为理想的优化结果.     

考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪研究

膜结构的真实应力状态对于荷载分析至关重要,然而荷载分析通常在与设计应力相对应的找形形态上进行,这样可能导致无法发现潜在的结构隐患。提出了一种考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪及组装分析的方法。该方法通过将二维单元的节点坐标作为关键点,基于初始裁剪膜片迭代进行几何非线性有限元分析得到优化裁剪膜片,并通过膜片组装和平衡分析得到真实应力状态使最终形状最接近设计形状。在裁剪和组装平衡分析中将焊缝模拟为索单元来考虑焊缝长度方向的影响,通过修正膜单元的纬向模量来考虑焊缝宽度方向的影响。通过三个经典算例(中国帽模型、充气球模型、鞍型模型),分别进行了裁剪过程中是否考虑焊缝影响的对比分析,考虑焊缝得到的组装形态与设计形状的偏差分别降低了31.7%、96.4%、46.2%,证明了该方法可以保证实际组装形态的形状更接近设计形状。     

张拉膜结构非线性动力特性分析

采用线性滤波器法对张拉膜结构进行了风荷载数值模拟,并运用CFD数值风洞的方法对张拉膜结构进行了数值风洞模拟,得到了便于工程使用的体型系数划分图,最后将取得的脉动风荷载时程进行非线性时程分析,讨论了结构参数对主应力水平的影响,比较了结构在脉动风作用下的主应力和自平衡状态下主应力水平,确定了风敏感区域,最后对结构典型区域节点的动力特性做出评价。     

张拉膜结构模型全过程试验研究

本文对一较大的足尺张拉膜结构模型进行了张拉成型和荷载试验,并进行了模型的自振频率测量试验。通过对该模型张拉成型阶段索、膜内应力值的测量表明,张拉膜结构在预应力阶段基本符合等应力假设,但在拉索附近由于边缘效应,膜内应力并不均匀。模型的荷载试验表明,在正常使用荷载作用下结构基本处于弹性工作状态。模型的自振频率测量试验证明,张拉膜结构振动存在与空气耦合引起的附加质量影响,其阻尼比值及变化规律与一般刚性结构存在明显差异。     

索膜结构基本体系与建筑设计

近十年来索膜建筑体系在我国有较快的发展 ,但在工程设计领域对此了解与认识相对滞后。索膜建筑设计与它的结构体系密切相关 ,建筑师做好索膜建筑设计的首要条件是掌握和熟悉索膜结构“找形”设计。“找形”是索膜结构设计的一个专用语 ,它的含义是在特定结构体系中在已定的支撑边界条件下通过结构计算分析确定膜面的形状。本文将“找形”这一概念引入建筑设计中 ,并依此向建筑师介绍索膜结构的几种基本体型 ,建筑师可以直接利用它 ,也可以用它的组合构筑符合功能和造型需要的现代建筑     

索膜建筑的找形与工程设计

近１０年来,索膜建筑体系在我国有较快的发展,但在工程设计领域对此了解与认识相对滞后。“找形”是索膜结构设计的一个专用语,它的含意是在特定结构体系中,在已定的支撑边界条件下,通过结构计算分析确定膜面的形状,建筑师的参与是索膜建筑发展的首要条件。“找形”这一概念引入工程设计中,目的是向建筑师介绍索膜结构的几种基本体型,建筑师可以直接利用它,也可以用它的组合构筑符合功能和造型需要的体型。     

环形张拉整体结构的研究和应用

张拉整体结构是一种由连续拉索和断续压杆构成的新型结构。有关正圆柱形张拉整体结构和球形张拉整体结构的研究已被广泛开展,但另一种基本的几何拓扑形态一环形张拉整体结构却很少受到关注。提出一种新型环形张拉整体结构,对其拓扑和找形问题进行研究,采用平衡矩阵法求解该结构的自应力模态和机构位移模态。通过在索穹顶结构中引入环形张拉整体圈梁,提出一种新型索穹顶,并对初始预应力分布和结构性能进行了分析。算例结果表明该新型索穹顶是一种刚度较好且完全自支承自平衡的张拉整体结构。此研究丰富了现有张拉整体结构形式及其应用。     

异形装饰张拉膜结构施工技术在室内装饰中的应用

张拉膜结构是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索共同构成机构体系。福州大学新校区图书馆中庭上空采用骨架支撑式膜结构,达到了预期唯美的艺术效果,在阳光的照射下,由膜材表面充满自然漫射光,无强反差的著光面与阴影的区分,室内的空间视觉环境开阔和谐。根据本工程项目的特点本文详细阐述了室内异形装饰张拉膜的施工技术应用过程,及张拉膜结构在室内装饰中的应用发展前景。     

张拉整体结构预应力优化设计的序列两级算法

研究了张拉整体结构的预应力优化设计问题。采用奇异值分解法计算结构的自应力模态 ,以自应力模态组合系数和构件截面面积为设计变量 ,建立了优化设计的数学模型 ,提出了求解该问题的序列两级算法 ,算例表明了该方法的有效性和正确性。     

闽江公园泽南广场张拉膜工程设计

张拉膜结构是近年来刚发展的一种新颖独特的空间结构体系。本文结合闽江公园泽南广场张拉膜工程,介绍了张拉膜建筑小品设计的整个过程,供相关工程实践参考借鉴。     

张拉膜建筑设计初探

张拉膜结构与传统结构形式有着本质的不同,从而使它在建筑造型、空间等方面的设计手法也有着其特殊性。本文从建筑师的角度出发,简述了张拉膜建筑的发展历程和建筑优势,介绍了张拉膜结构的概念和原理,对张拉膜建筑的空间设计方法进行了探讨。