膜結(jié)構(gòu)體育館是通過結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)造型,空間膜面在剖分成膜條時,要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對美觀的影響;同時膜材是正交異性材料,為使其受力性能更佳,應(yīng)保證織物的經(jīng)、緯方向與曲面上的主應(yīng)力方向盡可能一致;此外,用料更省、縫線更短,也是進(jìn)行膜面剖分必須考慮的因素。
采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法,用分項系數(shù)的設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行計算,根據(jù)建筑物的性質(zhì)和等級、使用年限、使用功能、結(jié)構(gòu)跨度、防火要求、地區(qū)自然條件及膜材的耐用年限等要求進(jìn)行膜材選用。
給定預(yù)應(yīng)力分布的形狀確定問題,預(yù)先假定膜結(jié)構(gòu)體育館中應(yīng)力的分布情況,再根據(jù)受力合理或經(jīng)濟原則進(jìn)行分析計算,得到膜的初始幾何狀態(tài),幾何邊界條件的形狀確定問題:預(yù)先確定膜結(jié)構(gòu)體育館的幾何邊界條件,然后計算分析預(yù)應(yīng)力分布和空間形狀。
應(yīng)根據(jù)荷載、支承條件、制作加工、施工工況及其它特殊條件進(jìn)行,設(shè)計內(nèi)容包括形狀設(shè)計、荷載分析、裁剪設(shè)計、配件設(shè)計、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計。
空間膜條展開成平面膜片,即將膜條的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二維數(shù)據(jù),采用幾何方法,簡單可行,但如果膜條本身是個不可展曲面,就得將膜條再剖分成多個單元,采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵湔归_,此展開過程是近似的,為保證相鄰單元拼接協(xié)調(diào),展開時要使得單元邊長的變化為極小。
形狀設(shè)計、荷載分析、裁剪設(shè)計,應(yīng)在考慮施工過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行一體化的設(shè)計,膜材只能承受拉力,不能承受壓力和彎矩,膜面的更大主應(yīng)力應(yīng)小于膜材的強度設(shè)計值,在荷載長期作用下,更小主應(yīng)力應(yīng)大于等于維持其初始平衡形狀的應(yīng)力值。
荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,檢查結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預(yù)定要求的過程,荷載分析基本上都采用非線性有限元法,即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點,單元與單元通過結(jié)點相連,外荷載作用在結(jié)點上,通過建立結(jié)點的平衡方程,獲得求解。
一體化設(shè)計時,應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變、老化,設(shè)計時,應(yīng)考慮使用階段膜材替換對整體結(jié)構(gòu)的影響,考慮膜材破壞時,支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)保持自身的強度、剛度及穩(wěn)定性。