膜結(jié)構(gòu)停車棚設(shè)計(jì)
膜結(jié)構(gòu)停車棚設(shè)計(jì)主要分成以下四大部份：
1、膜材料的組成和分類
2、膜結(jié)構(gòu)的形狀確定
3、膜結(jié)構(gòu)的荷載分析
4、膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析
1、膜結(jié)構(gòu)停車棚膜材料的組成和分類
通俗地講，膜材就是氟塑料表面涂層與織物布基按照特定的工藝粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料涂層有PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等�？椢锊蓟饕镁埘ラL(zhǎng)絲（滌綸PES）和玻璃纖維有兩種。
膜材的粘合就是將涂層與基材合二為一組成整體。建筑結(jié)構(gòu)所用的膜材大多是以壓延成型和涂刮成型的。所謂壓延成型，就是將選定的軟PVC經(jīng)塑煉后投入壓延機(jī)，按照所需厚度、寬度壓延成膜，立即與布基粘合，再經(jīng)過(guò)軋花、冷卻即可制得壓延膜材。而涂刮成型，則是將聚氯乙烯糊均勻地涂或刮在布基上，再加熱處理即可獲得涂刮膜材，普遍的是采用刮刀直接涂刮，也有采用輥式涂刮的。
根據(jù)表面涂層（Coating）和織物基材（Layer）不同，膜材料分為三大類：
（1）A類膜材是玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹(shù)脂（PTFE），這種膜材的化學(xué)性能極其穩(wěn)定，露天使用年限達(dá)25年以上，為不燃材料（通過(guò)A級(jí)防火測(cè)試）。
（2）B類膜材料是玻璃纖維布基上敷硅酮涂層，由于膜材自身性能欠佳，現(xiàn)在基本不再使用。
（3）C類型膜材料是聚酯長(zhǎng)絲布基上涂聚氯乙烯樹(shù)脂（PVC），這種膜材受自然條件如日曬雨淋等影響較大，一般使用年限為10年至15年，是難燃材料（通過(guò)B1級(jí)防火測(cè)試）。
膜材料的性質(zhì)
膜作為繼木材、磚石、金屬、混凝土之后的第五代建筑結(jié)構(gòu)材料，具有顯著的自身特性。一代木材和第三代鋼材拉壓性能均良好，第二代磚石和第四代混凝土則只具備良好的抗壓能力，作為第五代的膜材料則只能受拉，沒(méi)有承壓和抗彎曲能力，這是膜的本質(zhì)的特征。
具體地講，膜材的主要特征如下：
（1）拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸強(qiáng)度（TensionnStrength）、拉伸模量（ModulusofElasticity）和泊松比（Poisson„sRatio）三個(gè)力學(xué)指標(biāo)。膜材本身不能受壓也不能抗彎，但具有很高的拉伸強(qiáng)度，所以要使膜結(jié)構(gòu)正常工作就**引入預(yù)拉力、并形成互反曲面。通常膜材料的拉伸強(qiáng)度都可達(dá)100MPa以上。模材應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是非線性的，一般采用切線模量作為彈性模量，膜材的彈性膜量約為鋼的1/3左右。膜材的泊松比，即橫向變形特征，約為0.2左右。由于膜是雙向受力結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)**以膜材的雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)確定膜的彈性膜量及泊松比。
（2）撕裂強(qiáng)度
膜材是張拉結(jié)構(gòu)材料，其撕裂破壞比受拉破壞要嚴(yán)重很多，所以撕裂強(qiáng)度和抗撕裂性能重要。PVC涂覆聚酯長(zhǎng)絲織物具有中等的撕裂強(qiáng)度，PTFE涂覆玻璃纖維的材料具有較高的撕裂強(qiáng)度。
（3）正交異向性
張拉膜結(jié)構(gòu)曲面需要經(jīng)向和緯向兩個(gè)主軸方向反向曲率來(lái)**，一個(gè)方向的曲率向下凹，另一個(gè)方向**向上凸。傳統(tǒng)膜材基材是由經(jīng)﹑緯向紗線編織而成，因而呈現(xiàn)很強(qiáng)的正交異性性能，經(jīng)緯向變形能力相差達(dá)3-5倍之多。
（4）蠕變和松弛
蠕變和松弛是膜材的另一個(gè)重要特性，也是膜起皺和失效的重要原因，在裁剪分析和加工時(shí)需要考慮這個(gè)因素。聚酯長(zhǎng)絲織物在使用的頭十年里就會(huì)因?yàn)槿渥儐适?0%的預(yù)張拉力，相反，玻璃纖維織物要穩(wěn)定很多。
（5）非力學(xué)性質(zhì)：安全方面的性質(zhì)，如耐久性、防火性能、防雷性能等；非安全方面性質(zhì)，如隔音或音響性能、自潔性能等等。
由于膜結(jié)構(gòu)的造型要求和膜材自身特性的原因，膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其它結(jié)構(gòu)有很大的不同。膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括形狀確定（“找形”，F(xiàn)ormFinding）、荷載分析（LoadingCaseAnalysis）和裁剪分析（CuttingPattern）等三方面內(nèi)容，下面分別論述。
膜結(jié)構(gòu)的形狀確定
膜結(jié)構(gòu)的形狀確定問(wèn)題就是確定初始狀態(tài)的問(wèn)題，在許多專著上被稱為“找形”（FormFinding）。膜結(jié)構(gòu)的形狀確定問(wèn)題有兩種類型：
（1）給定預(yù)應(yīng)力分布的形狀確定問(wèn)題：預(yù)先假定膜結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的分布情況，在根據(jù)受力合理或經(jīng)濟(jì)原則進(jìn)行分析計(jì)算，以得到膜的初始幾何狀態(tài)。
（2）給定幾何邊界條件的形狀確定問(wèn)題：預(yù)先確定膜結(jié)構(gòu)的幾何邊界條件，然后計(jì)算分析預(yù)應(yīng)力分布和空間形狀。
肥皂泡就是合理的自然找形的膜結(jié)構(gòu)。初的找形正是通過(guò)皂膜比擬來(lái)進(jìn)行，后來(lái)發(fā)展到用其他彈性材料做模型，通過(guò)測(cè)量模型的空間坐標(biāo)來(lái)確定形狀，對(duì)于簡(jiǎn)單的外形也可以用幾何分析法來(lái)確定，膜結(jié)構(gòu)找形技術(shù)的真正發(fā)展來(lái)自計(jì)算機(jī)有限元分析方法的發(fā)展。為了尋求膜結(jié)構(gòu)的合理的幾何外形，需要通過(guò)計(jì)算機(jī)的多次迭代才能得到。
常用的計(jì)算機(jī)找形方法有：力密度法、動(dòng)力松弛法、有限元法。
1.力密度法
索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中拉力與索長(zhǎng)度的比值定義為力密度（ForceDensity）。力密度法（ForceDensityMethod）是由Linkwitz及Schek提出來(lái)的，原先只是用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形，將膜離散為等代索網(wǎng)，后來(lái)，該方法被用于膜結(jié)構(gòu)的找形。把等代為索的膜結(jié)構(gòu)看成是由索段通過(guò)結(jié)點(diǎn)相連而成，通過(guò)**索段的力密度，建立并求解結(jié)點(diǎn)的平衡方程，可得各自由結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。
不同的力密度值，對(duì)應(yīng)不同的外形。當(dāng)外形符合要求時(shí)，由相應(yīng)的力密度即可求得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布值。力密度法也可以用于求解小曲面，小曲面時(shí)膜內(nèi)應(yīng)力處處相等，肥皂膜就是良好的小曲面的例子。實(shí)際上的小曲面無(wú)法用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算方法得到，所以工程上常采用**誤差來(lái)得到可接受的較小曲面。
力密度法的優(yōu)點(diǎn)是只需求解線性方程組，其精度一般能滿足工程要求。用力密度法找形的軟件有德*EASY（EasyForm）、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
2.動(dòng)力松弛法
動(dòng)力松弛法（DynamicRelaxationMethod）是一種專門求解非線性系統(tǒng)平衡狀態(tài)的數(shù)值方法，他可以從任意假定的不平衡狀態(tài)開(kāi)始迭代得到平衡狀態(tài)，早將這種方法用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的是Day和Bunce，而B(niǎo)arnes則成功地應(yīng)用于膜結(jié)構(gòu)的找形。
力密度法只是從空間上將膜離散化，而動(dòng)力松弛法從空間和時(shí)間兩方面將膜結(jié)構(gòu)體系離散化�？臻g上的離散化是將結(jié)構(gòu)體系離散為單元和結(jié)點(diǎn)，并假定其質(zhì)量集中于結(jié)點(diǎn)上。時(shí)間上的離散化，是針對(duì)結(jié)點(diǎn)的振動(dòng)過(guò)程而言的。初始狀態(tài)的結(jié)點(diǎn)在激振力作用下開(kāi)始振動(dòng)，這時(shí)跟蹤體系的動(dòng)能；當(dāng)體系的動(dòng)能達(dá)到極值時(shí)，將結(jié)點(diǎn)速度設(shè)置為零，跟蹤過(guò)程重新開(kāi)始，直到不平衡力為極小，達(dá)到新的平衡為止。動(dòng)力松弛法大特點(diǎn)是迭代過(guò)程中不需要形成剛度矩陣，節(jié)約了剛度矩陣的形成和分解時(shí)間，并可在計(jì)算過(guò)程中修改結(jié)構(gòu)的拓?fù)浜瓦吔鐥l件，該方法用于求解給定邊界條件下的平衡曲面。其缺點(diǎn)是迭代步驟往往很多。
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