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膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中形狀確定時的一般原則:
1. 曲面的彎曲方向互反:
- 目的:利用方向互反的曲面(即負(fù)高斯曲面)可以使得膜面在兩個方向上相互制約,有效傳遞外荷載。
- 解釋:膜結(jié)構(gòu)受風(fēng)壓力和風(fēng)吸力作用時,方向互反的曲面可以更好地分散荷載,使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
2. 避免出現(xiàn)大面積的扁平區(qū)域:
- 原因:扁平區(qū)域的自然剛度較低,這意味著膜材承受豎向荷載(如雪荷載)的能力較弱,容易積水或積雪。
- 解決方案:為了避免這種情況,設(shè)計(jì)師需要確保膜面有一定的曲率,以提高其自然剛度。如果需要增加扁平區(qū)域的剛度,則需要施加大預(yù)應(yīng)力,但這可能會導(dǎo)致作用于邊界構(gòu)件上的力過大,有時甚至難以實(shí)現(xiàn)。
3. 曲面上的高低起伏宜平緩:
- 目的:避免曲率變化過于劇烈導(dǎo)致應(yīng)力集中。
- 解釋:曲率變化過于劇烈會導(dǎo)致某些部位承受過大的應(yīng)力,這可能會引起材料的損傷或失效。因此,平緩的曲率變化有助于應(yīng)力的均勻分布。
形狀確定的原則總結(jié)
1. 負(fù)高斯曲面:膜結(jié)構(gòu)的曲面應(yīng)該在兩個方向上互反,以有效傳遞外荷載。
2. 避免扁平區(qū)域:避免設(shè)計(jì)大面積的扁平區(qū)域,以確保膜面有足夠的剛度。
3. 平緩的曲率變化:確保曲面上的高低起伏平緩,以避免應(yīng)力集中。
這些原則有助于確保膜結(jié)構(gòu)在面對各種荷載時能夠保持穩(wěn)定,并且能夠有效地分散荷載,同時保持良好的視覺效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,建筑師和工程師需要緊密合作,利用計(jì)算機(jī)模擬和分析工具來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性和優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能。
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