索膜結構挑蓬設計及膜結構事故分析之挑篷的特點(diǎn)
日期：2017-06-14
索膜結構挑蓬設計及膜結構事故分析之挑篷的特點(diǎn)
體育場(chǎng)挑篷由于使用功能的要求，一般需要較大體量，覆蓋面積需幾萬(wàn)平方米，同時(shí)由于懸挑的特點(diǎn)，受力狀況和布置受到很多限制，同時(shí)結構大多呈空間狀態(tài)。對體育場(chǎng)挑篷結構大致可歸納出以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、從體育場(chǎng)建筑的本身來(lái)看，形式、種類(lèi)繁多，并與結構關(guān)系密切。
2、從材料的應用角度來(lái)看，由早先的混凝土結構發(fā)展為鋼結構，由低強度鋼發(fā)展到應用高強度拉索。
3、從結構組成來(lái)看，由早期的簡(jiǎn)單構件過(guò)度到平面結構，由平板型網(wǎng)架發(fā)展到網(wǎng)殼結構，由單一的空間構架發(fā)展成各種單元的組合結構。
4、從建筑的重要性來(lái)看，體育場(chǎng)挑篷往往是一個(gè)城市的標志性建筑，對提升一個(gè)城市乃至一個(gè)國家起著(zhù)一定作用，同時(shí)設計該種建筑已成為一個(gè)國家建筑水平的集中體現，因此重要的體育場(chǎng)設計往往有多個(gè)國家的公司參與競爭。
5、從結構受力角度來(lái)看，體育場(chǎng)挑篷大多呈空間受力狀態(tài)，往往由多種類(lèi)型的單元組成，設計分析較為復雜?，F代體育場(chǎng)的挑篷從廣義上說(shuō)主要分為環(huán)狀挑篷和主看臺挑篷兩種形式。環(huán)狀挑篷形式體育場(chǎng)的挑篷俯視大都類(lèi)似圓環(huán)或橢圓環(huán)，也有呈挖空的矩形的，挑篷在一周的平面上是連續的，可基本覆蓋體育場(chǎng)一周的所有看臺。
主看臺挑篷形式體育場(chǎng)的挑篷通常設置于兩邊主看臺，也有一些體育場(chǎng)是僅在單邊主看臺設置挑篷，個(gè)別體育場(chǎng)在垂直于主看臺的副看臺上也設置挑篷。相對來(lái)說(shuō)，主看臺挑篷的造價(jià)和建造難度要低于環(huán)狀挑篷，但實(shí)際上，選擇主看臺挑篷的形式并不僅僅是考慮經(jīng)濟上的原因，也有很多美學(xué)及與環(huán)境協(xié)調的要求。最初的主看臺挑篷從俯視圖上看吃不開(kāi)矩形，屬于相對簡(jiǎn)單的形式，但隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和對美學(xué)要求的進(jìn)一步提高，更為美觀(guān)的弧形挑篷已逐漸成為設計的主流，近年來(lái)興建的體育場(chǎng)基本上已不再采用矩形主看臺挑篷的形式。
索膜結構體育場(chǎng)挑篷是一種不同于傳統結構的挑篷結構形式，由于其獨特新穎、優(yōu)美豐富的造型而越來(lái)越得到廣泛的應用。并且它打破了以往“先建筑，后結構”的設計過(guò)程，結構工程師一開(kāi)始就直接參與到建筑的選型過(guò)程中來(lái)。
索膜結構挑蓬的設計過(guò)程大致可以分為四個(gè)階段。第一階段是找形設計階段，即滿(mǎn)足索膜初始張力平衡條件，同時(shí)接近設計者預想的曲面形狀的求解過(guò)程；第二階段是荷載分析階段，即由初始形態(tài)設計的曲面形式，在各種外荷載作用下求解其變形、索膜內力的過(guò)程；第三個(gè)階段是裁剪分析階段，即生成平面膜材的裁剪下料圖；第四個(gè)階段是將上部索膜結構在外荷載作用下輸出反力施加在下部鋼結構上進(jìn)行校核。
本文推導了用力密度法進(jìn)行索膜結構形狀確定的理論公式。并且通過(guò)力密度法對某體育場(chǎng)司令臺挑蓬進(jìn)行形態(tài)分析，然后在此基礎上運用非線(xiàn)性有限元法進(jìn)行荷載分析。
總結了膜結構撕裂事故的各種原因，并對膜結構通病及一些工程破損、破壞事故進(jìn)行了分析。對一膜結構工程事故進(jìn)行了研究，比較了實(shí)際結構與原設計結構在相同風(fēng)荷載下的受力情況，得出了膜面可能導致撕裂的原因。設計了四種破損部分膜結構的加固方案，并且進(jìn)行了比較，得出了最為優(yōu)越的加固結構。對加固結構抗風(fēng)索在不同預應力下進(jìn)行受力比較，發(fā)現了一些規律。
