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          探究一下收費站膜結構工程的結構理論分析

            我們都知道膜結構的主要特點是:(1)重量輕,可以營造出具有奇特風格的無柱大空間,且具有良好的抗震性能;(2)造型新穎奇特,具有較強的現代感,易做成各種自由形狀的光滑曲面,且色彩豐富多樣;(3)良好的透光性,陽光的透過率可達15%,白天可使室內充滿自然漫射光,不需要照明以節省能源,夜晚時燈光透過膜面使建筑物輪廓形成一個發光的外觀,給周圍環境增添夢幻般的夜景;(4)良好的自潔性;(5)施工快捷、簡便。高速公路的收費站不但具有特定的使用功能,而且隨著中國經濟的發展,人們對其美觀的要求也越來越高。以某高速公路收費站運用的膜結構工程為例,介紹了大跨度鋼膜結構的設計與有關參數的選取,對于類似工程之設計和科研具有一些參考意義。

            一、 結構分析:

            1、找形分析以及初應力的設置:

            由于索與膜材只能受拉,不能承受壓力和彎矩,只有在一定初張力下,索膜結構才有一定的形狀和剛度,因而找形分析是索膜結構設計中重要的一環。

            膜結構的力學分析與一般剛性結構相比,主要區別有2點:(1)結構變形較大,應考慮幾何非線性(可忽略膜材的材料非線性);(2)膜材不能受壓。在找形分析時,有空間坐標和應力分布兩組未知數,理論上,給出任一應力分布均可得出一個初始形狀。初始應力一般取1.5kN/m~5.0kN/m。

            2、荷載分析:

            膜結構工程的荷載與傳統結構的荷載取值和控制因素有很大的不同。膜體自重輕,振動頻率低,對風荷載的作用相當敏銳,在風荷載的作用下易產生較大的變形和振動。風荷載是膜結構的主要荷載。

            3、鋼結構穩定分析:

            本工程考慮線性屈曲荷載,計算結構可能的失穩模態及失穩時的荷載占所加荷載的倍數。本工程整體穩定系數不小于10。

            二、結論:

            膜結構工程以其良好的經濟性、合理的受力性能和新穎的造型越來越受到世人的關注。其作為一類柔性的張拉結構,從方案的選定到設計和施工,均有其特定性。大跨度索膜結構的設計過程應注意以下問題:(1)風荷載是索膜結構的主要荷載,由于膜質量小、重量輕,風荷載成為索膜結構的控制荷載;(2)初應力取值對于自平衡體系,預應力越大,剛度越大,但對拱桁架的負擔也越大,初應力取值對結構用鋼量有較大影響。

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