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工程设计

1、裁剪设计的目的
膜结构建成后的膜面是预应力作用下的空间曲面。裁剪设计的目的是用无应力、平面状态并有幅宽限制的膜材(卷材)去制作膜面,使这个膜面在张拉后符合找形所得的形状和应力分布,且膜面接缝布置美观,膜材用料节省。


2、裁剪设计的内容与步骤
膜结构裁剪设计的内容与步骤如下:

(1)在找形得到的空间膜面上布置裁剪线,将空间膜面划分成若干个空间膜条;

(2)将空间膜条展开为平面膜片;

(3)释放预应力,对平面膜片进行应变补偿(即考虑预应力释放后膜材的弹性回缩);

(4)根据以上结果,加上膜片接缝处及边角处都放量,得到平面裁剪片;给出膜材的下料图及膜面的加工图。


3、裁剪线的布置原则
裁剪线是指空间膜曲面上膜条与膜条之间的连接线,也就是说是裁剪片与裁剪片拼接时的接缝。裁剪线的布置应遵循如下原则: 

 (1)美观,有良好的视觉效果;

(2)受力性能良好,通常将裁剪线布置成与膜材的经向一致,沿膜面主应力方向;

(3)便于加工,避  免裁剪线过于集中,以方便边角处理;

(4)节省,即节省膜材且使接缝总长度尽可能地短。通常,裁剪线的方向就是膜材的经向,即是膜材的长度方向。通常来说,圆锥形(伞形)膜面的裁剪线按经向布置,马鞍形膜面的裁剪线沿平行于高点对角线的方向布置,拱支承形膜面的裁剪线多垂直于拱的跨度方向,而脊谷式膜面的裁剪线多平行于脊谷索布置;刚性边界的膜结构,裁剪线多平行于边界支承构件。设计实际工程时,不要墨守陈规。适度地改变习惯做法,有时会收到意想不到的新奇效果。


4、裁剪的应变补偿
膜材裁剪时的应变补偿值(预缩量)受许多因素影响,如膜材本身的双轴拉伸性能、徐变性能、膜面应力水平、裁剪片的形状及材料经纬方向、结构尺度及支承方式、膜面热合时的收缩情况、成型时的张拉难易程度等等。应变补偿常以补偿率的形式实施。严格说来,需根据膜材在特定应力比及应力水平下的双轴拉伸试验结果,结合上述诸因素综合确定应变补偿率。
需注意的是,膜材经、纬向的应变补偿率一般是不同的,并且不同的应力分区也应采用不一样的补偿率。大致来说,常用聚氯乙烯(PVC)涂层覆盖聚酯织物的应变补偿率在0.5%至0.8%;而常用聚四氟乙烯(PTFE)涂层覆盖玻璃纤维膜材的应变补偿率经向为0.5%至1.0%,纬向在1.0%至3.0%之间。


膜材、金属构件的选用及设计、加工

近年来,膜材生产厂家一般都已在 PVC涂层覆盖膜材的涂层表面再加一层 PVDF(二氟乙烯)或 PVF(氟乙烯)面层,以改善 PVC涂层老化、脱落的情况。在强紫外线照射地区,选用 PVC涂层覆盖膜材要慎重。即使是同一种膜材,不同厂家、不同型号甚至不同生产批次的质量也有差异,实际应用时要认真选择、详细检查;膜材的局部质量瑕疵应在裁剪下料时让过。

膜结构用的金属构件应采取有效的防腐保护措施;设计时,构件的断面尺寸选择应考虑锈蚀的影响而留有余量。尽可能选用不锈钢材料制成的构件。

膜结构设计要精益求精,加工制作更应精雕细作。作业场地应清洁无尘,采用张拉焊接,由熟练工人严格安作业指导书进行。安装张拉要严格按施工技术设计的要求进行。
膜结构附件的设计及加工

与膜结构裁剪关系密切的附件设计主要包括用于膜角的膜节点板设计、连接件选用及边索长度的确定等。
膜节点板的设计主要涉及形式、大小、角度、连接孔及安装孔的位置及其大小、板厚、膜与节点板的连接方式以及边索与结节板的连接设计等内容。设计时,根据膜面形状及膜角处的应力大小确定其基本几何参数,验算抗拉强度、局部承压及焊缝长度等等,并由此计算连接件及边索长度。膜节点板应简洁、角度准确、传力顺畅。膜节点板常用钢板制作、热镀锌处理或以不锈钢材料制成。



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