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    膜结构景观等建筑裁剪方法的分析

    编辑:临朐艺景膜结构工程有限公司时间:2020-12-23

      据悉,膜结构景观等建筑的裁剪是在找形后得到的曲面上进行的,而通过有限元分析找形后得到的是由许多空间三角形折板面形成的空间曲面。因此景观膜结构裁剪的头一步为曲面展开,即如何寻找几何尺寸上与空间三角单元折面集合体越为接近的平面三角形单元集合。由于膜材是一卷一卷生产的,材料有一些幅宽。选择要展开的空间曲面带时要控制其大小,以使展开成平面时,平面膜片不大于膜的幅宽,避免出现大量的焊接缝影响景观膜结构的美观。因为空间三角单元折面集合体一般是不可展平面,因而要建立一目标函数作为展开准则,以使展开后的平面与空间曲面越为接近。

      建立目标函数的方法一般要解非线性方程组,因此要考虑程序的收敛性问题。另外即使计算收敛,由于曲面上各处曲率不尽相同,将曲面展开成平面引起的误差亦不相同。不同的误差将影响相邻膜片的协调焊接,现在仍没有一种良好的方法来准确估计误差的大小并将误差控制在一些范围之内,这也是此类方法不尽完善的地方。

      如果人们在膜结构景观找形分析进行有限元划分时,采用一些的网格划分技术使某些有限元单元的边界线可作为我们的裁剪线。相邻两条裁剪线之间的空间曲面是可展的,并且展开后的平面在一个方向控制在幅宽内。这样便将空间曲面在无应力状态下展开成平面的问题演化成一个纯几何问题,大大简化了计算。

      将空间曲面展开得到的膜块平面展开图还不能作为终端的裁剪图。实际结构中膜受初始张力的作用,释放张力后要产生收缩。而且膜作为非线性材料,随着时间的增加还有徐变现象。如果不考虑初始张力和徐变的影响,直接按展开图进行裁剪,则安装后得到的膜结构景观建筑就会发生松弛。因此实际的裁剪图要比展开图有一些收缩量。

      不同的膜材材料性能差异较大,因此要通过膜材性能实验来确定膜块的收缩量。通常来说可以假定薄膜经纬向等应力。初始张力可假定为膜片强度的 5%—10%,约为 200—400kg/。在此基础上通过双轴拉伸实验确定经纬向的收缩率,一般在 5%以内。设计人员按此思路编制了相应的计算程序,通过几个景观膜结构等工程实例说明了此方法的有用性和广泛适用性。

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