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探究一下收费站膜结构工程的结构理论分析

  我们都知道膜结构的主要特点是:(1)重量轻,可以营造出具有奇特风格的无柱大空间,且具有良好的抗震性能;(2)造型新颖奇特,具有较强的现代感,易做成各种自由形状的光滑曲面,且色彩丰富多样;(3)良好的透光性,阳光的透过率可达15%,白天可使室内充满自然漫射光,不需要照明以节省能源,夜晚时灯光透过膜面使建筑物轮廓形成一个发光的外观,给周围环境增添梦幻般的夜景;(4)良好的自洁性;(5)施工快捷、简便。高速公路的收费站不但具有特定的使用功能,而且随着中国经济的发展,人们对其美观的要求也越来越高。以某高速公路收费站运用的膜结构工程为例,介绍了大跨度钢膜结构的设计与有关参数的选取,对于类似工程之设计和科研具有一些参考意义。

  一、 结构分析:

  1、找形分析以及初应力的设置:

  由于索与膜材只能受拉,不能承受压力和弯矩,只有在一定初张力下,索膜结构才有一定的形状和刚度,因而找形分析是索膜结构设计中重要的一环。

  膜结构的力学分析与一般刚性结构相比,主要区别有2点:(1)结构变形较大,应考虑几何非线性(可忽略膜材的材料非线性);(2)膜材不能受压。在找形分析时,有空间坐标和应力分布两组未知数,理论上,给出任一应力分布均可得出一个初始形状。初始应力一般取1.5kN/m~5.0kN/m。

  2、荷载分析:

  膜结构工程的荷载与传统结构的荷载取值和控制因素有很大的不同。膜体自重轻,振动频率低,对风荷载的作用相当敏锐,在风荷载的作用下易产生较大的变形和振动。风荷载是膜结构的主要荷载。

  3、钢结构稳定分析:

  本工程考虑线性屈曲荷载,计算结构可能的失稳模态及失稳时的荷载占所加荷载的倍数。本工程整体稳定系数不小于10。

  二、结论:

  膜结构工程以其良好的经济性、合理的受力性能和新颖的造型越来越受到世人的关注。其作为一类柔性的张拉结构,从方案的选定到设计和施工,均有其特定性。大跨度索膜结构的设计过程应注意以下问题:(1)风荷载是索膜结构的主要荷载,由于膜质量小、重量轻,风荷载成为索膜结构的控制荷载;(2)初应力取值对于自平衡体系,预应力越大,刚度越大,但对拱桁架的负担也越大,初应力取值对结构用钢量有较大影响。