膜结构材料动力松弛法之膜结构张力测试

    现在膜结构是在新型膜材料基础上发展起来的一种新型结构形式，因其白重轻、施工周期短、透光性好、张拉膜公司丰富的建筑表现力等优点而在体育建筑、公共建筑等方面得到了广泛应用膜材料是一种柔性的，具有强非线性和各向片性的材料，膜结构的设讣在很大程度上取决于膜材料的性能，了解膜材料的特性对于膜结构的设计至关重要建筑膜结构由柔性薄膜张拉而成，依赖于结构的几何曲面和膜内张力来提供必需的刚度，膜结构设计的首要步骤是找彤分析，其目的是找出满足建筑要求的空间形状及与之对应的张力分布裁剪分析是膜结构特有的一个分析步骤，其目的是将由找形得到的预应力状态的空间曲面进行剖分、转换成无应力的平面下料图，以便将平面膜材热合成整体，冉施加预应力以张成设计曲面合适的膜内张力是膜面能够张成并承受荷载的保证，方便快捷的对膜内张力进行现场测量是保证膜结构施工质量的要求 针对上述几点，本文的土要内容如下

    1．概述了建筑膜结构的发展历史及其应用现状，对膜结构的设计内容及其国内外研究现状进行了详尽的沦述

    2．对一种PVDF涂层的聚酯纤维膜材进行实验研究制作了经向、纬线和45°斜向的条状单轴试件和十字形双轴实验试件，分别进行了单轴拉伸和双轴拉伸实验，其中双轴实验采用了自行设计的实验装置通过单轴实验确定了膜材不同方向的单轴拉伸强度，全程拉伸曲线双轴拉伸实验则得到了膜材的弹性模量和泊松比等参数，并深入了解膜材的变形性能，全面理解了膜材的材料特性，为后续的结构分析奠定了基础

    3．从板壳力学的平衡方程出发，证明了膜内符点处处相等的膜内应力分布将得到最小曲面，而平衡应力分布则得到平衡曲面

    4．应用动力阻尼的动力松弛法进行了膜结构的找形分析动力松弛法解几何非线性问题的一个显著优点是不需要计算结构的整体刚度矩阵和求解整体刚度矩阵方程，然而它所需要的迭代次数较多本文在找形过程中根据结构位形的变化重新计算节点刚度、质量，不断调整计算参数，从而加快计算的收敛算例说明，用改进后的动力松弛法进行膜结构的找形分析，与在整个找形过程中采用同一计算参数相比较，大大减少了迭代次数由于忽略膜内剪切刚度，找形过程中单元变形较大，可通过结点坐标多步提升到位来解决问题

    5．本文给山了两种膜结构曲面模拟的方法，通过对找形得到的散乱节点进行分片二元三次样条插值，得到整体C<,0>连续和C<&apos;1>连续的光滑曲面，适用于任意多边形区域两种插值方法均能给出膜曲面的满意表现C<&apos;1>插值曲面的误筹远小于C<&apos;0>插值曲面对两种插值方法，模拟曲面的误筹均随着初始网格尺度与平面总尺寸的比值减小而下降，在初始网格尺度与平面总尺寸的比值小于18之后，拟合曲面的精度变化随该比值的下降变化值逐渐不明显

    6．曲面上的测地线与平面上的直线有许多相似的性质，测地线的直线性质使其成为最适白的也是目前应用最为广泛的裁剪缝可以证明，连接平滑曲面上任意两点的弹性绌丝当拉紧时具有测地线的彤状本文在曲面上指定两点问引入弹性索，使其在曲面上自由滑移，并用动力松弛法寻找其平衡位置，即得测地线轨迹

    7．采用测地线划分曲面，应用最小极值法进行曲面的展开首先将曲面离散为空问二三角形网格，假设曲面已近似展开为平面，调整展丌平面中节点的位置，使平面网格中各三角彤的边长曲面网格国对应的边长之筹最小，从而求得空间曲面的平面近似展丌本文将上述展开过程归纳为一个无约束的极值问题，并用蒙特卡洛法求解非线性方程对于曲面上测地线的寻找和空间曲面展开分别给山了算例，用可展曲面圆柱面验证提山方法的正确性，并应用提山的方法给出了一个菱形马鞍膜面的裁剪样式

绿色张拉膜结构建筑的设计之路

　绿色张拉膜结构建筑是指在张拉膜结构建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能,节地,节水,节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑,也称为张拉膜结构生态建筑。绿色张拉膜结构建筑的设计将向环保型材料和绿色设计两方面发展。

　　一、使用环保型建筑材料

　　1) 环保型建筑材料要求亲和环境。环境亲和的建筑材料应该耐久性好、易于维护管理、不散发或很少散发有害物质(同时也得兼顾其他方面的特性,如艺术效果),当前建筑中的污染物主要来自于石材类、板材类、涂料类及水泥等方面,绿色建筑的发展将催生具有更优性能的环保型材料来取代这些“垃圾”建材。现代基础工程中环保型建材主要包括:新型保温隔热材料、新型防水密封材料、新型墙体材料、装饰装修材料和无机非金属新材料等。虽然这些材料造价相对高一点,但是,伴随着人们对绿色建筑的执著追求,这些材料也将被广泛应用起来。

　　2) 环保型建材要求节约资源。有些材料一旦制造出来,其生命周期几乎是无尽的,如以前在中国普遍使用的黏土砖,只要其质量未被破坏,几乎可以一直使用下去,这必然蚕食日益缺少的耕地。因此,要尽可能地使用由可再生原料制成的材料和可循环使用的建筑材料,最大限度地节约资源,减少固体垃圾,这样才符合绿色建筑的发展道路。

　　二、　张拉膜结构绿色设计

　　1) 绿化走进建筑。屋顶花园不仅可以有效地降低建筑物的温度,而且能够增加城市绿化面积,增强城市的“呼吸”。在建筑物外墙面上种植攀缘植物同样可以降低建筑物的温度,甚至对外墙材料起到一定的保护作用,它和屋顶花园一起让“绿色”建筑真正实现了视觉上的绿色,使建筑物亲和自然的效果更加突出。

　　2)进行节能设计和使用清洁能源。概括起来,未来建筑的绿色设计将体现在以下几点:a.最大限度地使用被动式能源系统。b.建筑的最主要的立面最好不要朝向主风向,以减少建筑的热负荷。c.实现建筑室内的自然通风以减少空调等降温设备的开机时间,降低能耗。d.尽可能地使用自然采光。e.积极利用可再生能源,如在建筑物立面上安装太阳能板。

膜结构建筑形态艺术化

　　膜结构建筑艺术是按照形式美的规律,运用独特的艺术语言,使膜结构建筑具有文化价值和审美价值,它是通过膜结构建筑形象表现出来的。

   随着城市的发展和人们建筑审美的提升,膜结构建筑形象在膜结构建筑设计中的地位越来越突出,膜结构建筑的形象包含客观形象和审美的双重含义,它构成手法多样,对人的感染力也多种多样。不同特性的膜结构建筑要求具有与之相配的膜结构建筑形式,比如膜结构纪念性建筑或者其他需要表现庄严的公共建筑应使用对称的膜结构建筑形式,它给人端庄、雄伟、严肃的感觉,而不对称均衡较之对称均衡显得轻巧、活泼,对于庄严的膜结构建筑就不适用了。

    不仅膜结构建筑本身存在韵律,膜结构建筑和膜结构建筑之间也存在韵律。韵律是任何物体各要素重复出现所形成的一种特征,一个膜结构建筑物的大部分艺术效果,就依靠这些韵律关系的协调性、简洁性来取得的。不同膜结构建筑物之间的韵律能够赋予城市以音乐美,从而给城市规划注入了活力。

　　信息时代的来临呼唤着新的空间和造型以体现其时代的特征,现代膜结构建筑师突破传统,从绘画上吸收发展的营养,现代膜结构建筑艺术逐渐走向抽象的表达。