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節(jié)點連接構(gòu)造是膜結(jié)構(gòu)工程設(shè)計重要的技術(shù)環(huán)節(jié)

時期:2022-06-27 10:43:08 點擊數(shù):220

節(jié)點連接構(gòu)造是膜結(jié)構(gòu)工程設(shè)計重要的技術(shù)環(huán)節(jié),影響著膜結(jié)構(gòu)建筑整體與局部建筑的藝術(shù)性,涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑設(shè)計、幾何設(shè)計、材料與制作工藝、安裝與維護(hù)以及造價等多個領(lǐng)域,充分體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的美學(xué)、專業(yè)性、綜合性與精密技術(shù)性。

  膜結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的具體形式紛繁復(fù)雜,十分豐富。主要有膜材的連接、膜材與柔性邊界(索)的連接、膜材與剛性邊界的連接、鋼索與鋼索間的連接、鋼索的錨固等。

  連接構(gòu)造設(shè)計時主要考慮以下一些因素。

  1.傳力路徑準(zhǔn)確

  膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要取決于張力平衡所產(chǎn)生的雙曲面。連接構(gòu)造也必須遵循這個原則,而且當(dāng)外部受力條件變化時仍能夠反映力的傳遞路徑。

  膜結(jié)構(gòu)的連接件應(yīng)傳力可靠,并減少連接處應(yīng)力集中。膜結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造應(yīng)符合計算假定,必要時應(yīng)考慮節(jié)點構(gòu)造偏心對拉索、膜材產(chǎn)生的影響。

  結(jié)構(gòu)的連接部位有時要匯聚不同方向的膜和不同角度的索。這些構(gòu)件的設(shè)計和施工必須準(zhǔn)確,而且要與膜面形狀相協(xié)調(diào)。必須避免偏心以確保整個體系的合理性。有時膜面褶皺及結(jié)構(gòu)性能不佳的原因就是由于連接的位置錯誤造成的。

  2. 適應(yīng)位移的靈活性

  膜結(jié)構(gòu)在外荷載作用下產(chǎn)生的位移要比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大,因此在其設(shè)計的各個階段均要考慮這一特性。連接構(gòu)造應(yīng)允許一定的位移和轉(zhuǎn)角,其位置、方向和角度等在設(shè)計過程中均應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。在安裝過程中,連接節(jié)點會發(fā)生移動和轉(zhuǎn)動,這些位移與就位后的結(jié)構(gòu)性能所需的位移經(jīng)常不一致,但構(gòu)件的最后位置應(yīng)能與這些位移相協(xié)調(diào),以便于結(jié)構(gòu)的安裝以及預(yù)應(yīng)力施加。

  3. 位置、形狀和尺寸

  通過對特定節(jié)點施加預(yù)應(yīng)力后預(yù)制膜片才會逐漸發(fā)展成最終設(shè)計形狀。連接構(gòu)造應(yīng)在幾何形狀上與各懸吊點相吻合。若節(jié)點尺寸較大,還應(yīng)使其具有所在位置的結(jié)構(gòu)曲率。所以,要避免或盡量減少使用剛性板件,以便膜材能盡量貼近膜的懸吊點。薄膜結(jié)構(gòu)的節(jié)點應(yīng)簡單、靈活、小巧,而且能夠表現(xiàn)出與其他建筑技術(shù)不同的織物特性。連接構(gòu)造的尺寸要與結(jié)構(gòu)的規(guī)模及所使用的材料相匹配。

  4. 與建筑設(shè)備有機(jī)結(jié)合

  在膜結(jié)構(gòu)建筑中,薄膜是整個建筑空間的主角,理解這一點對確保建筑物的美學(xué)效果是十分重要的。懸浮的屋頂通常無法用來安裝設(shè)備,因此在設(shè)計階段要十分仔細(xì)地考慮如何將人工照明、通風(fēng)設(shè)備等建筑設(shè)備與薄膜空間有機(jī)結(jié)合形成一個整體。應(yīng)盡可能將建筑服務(wù)設(shè)施控制到最少,且其支承應(yīng)獨立于膜面。當(dāng)采用高桿燈時,薄膜的間接照明效果會很好。這些設(shè)備既可以與地面景觀相結(jié)合,桅桿也可以作為其固定支座。

  5. 強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性

  張度、穩(wěn)定性及耐久性是對建筑物最基本的結(jié)構(gòu)要求。對于膜結(jié)構(gòu)來說,連接構(gòu)造的良好質(zhì)量是結(jié)構(gòu)性能的保障。膜結(jié)構(gòu)中的金屬連接件直接與膜材相連,易受外界影響而銹蝕,不但易污染膜材,影響美觀,而且往往會引起截面削弱而產(chǎn)生安全隱患,因此,全部金屬連接件均應(yīng)進(jìn)行防腐處理。

  膜材對缺陷比較敏感。若膜材中存在小孔、裂紋等缺陷,膜材強(qiáng)度將有較大降低。在膜材與支承骨架相連處的毛刺、尖角、尖點將使該處出現(xiàn)應(yīng)力集中。對膜材涂層的擦傷也會影響膜材的使用壽命。因此,在支承構(gòu)件與膜材的連接處不得有毛刺、尖角、尖點。

  膜材的連接薄膜技術(shù)是一項“軟”技術(shù),節(jié)點設(shè)計要滿足膜材及其加強(qiáng)件的柔性性能,它們應(yīng)成為結(jié)構(gòu)形狀的有機(jī)組成部分。在施加預(yù)應(yīng)力以及受力階段,薄膜內(nèi)力的不連續(xù)變化非常容易引起材料的疲勞,應(yīng)予以避免。在剛性邊界條件下這一點尤為明顯。

  6. 結(jié)構(gòu)的完整性

  盡管膜材具有非常高的張拉性能,但1mm厚的薄膜還是非常嬌弱易損的。設(shè)計應(yīng)確保屋頂中一片或幾片膜面的破壞不至于引起整個體系的倒塌,而且桅桿等重型構(gòu)件要具有失效保護(hù)措施。

  在膜材連接處應(yīng)保持高度水密性,應(yīng)采取必要的構(gòu)造措施防止膜材磨損和撕裂。

  損壞并非是無緣無故的,結(jié)構(gòu)體系中必須設(shè)置一些安全儲備構(gòu)件。它們通常由與桅桿頂點等主要支承點相連接的索組成。這些構(gòu)件并不都處于工作狀態(tài),但是它們可以避免整體結(jié)構(gòu)在膜片損壞或某一支承構(gòu)件倒塌時產(chǎn)生過大位移。由于自重小,膜材本身并沒有多大的危險性。作為附加安全措施,安全索可以從焊在膜面上的索套內(nèi)穿過,而不影響膜面力的傳遞。

  1.預(yù)張拉與可調(diào)性

  組成薄膜結(jié)構(gòu)的每片膜材,在裁剪時要按一定比例縮小(補(bǔ)償),使其在張拉到位的同時建立預(yù)應(yīng)力,補(bǔ)償值與其幾何形狀有相似關(guān)系。在安裝過程中,需要液壓千斤頂?shù)扰R時性設(shè)備來施加預(yù)應(yīng)力。一般在膜角點、內(nèi)部懸掛點或者桅桿及索的錨固端施加作用力。必要時可通過安裝在控制點上的張拉設(shè)備進(jìn)行微調(diào),以保證整個膜面應(yīng)力均勻。

  薄膜結(jié)構(gòu)在其安裝過程中會產(chǎn)生應(yīng)變,應(yīng)變量與薄膜的自身特性有關(guān)。在結(jié)構(gòu)分析和裁剪設(shè)計補(bǔ)償值的確定中要考慮這些特性。結(jié)構(gòu)投人使用一段時間后,由于材料的永久性變形可能需要進(jìn)行二次張拉。連接構(gòu)造設(shè)計時應(yīng)考慮施加預(yù)應(yīng)力的方式、結(jié)構(gòu)安裝允許偏差以及進(jìn)行二次張拉的可能性。


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