文档介绍：浙跳大学硕十学位论文索膜结构找形和裁剪方法研究
摘要
本文主要从以下几个方面对索膜结构的设计方法进行了研究。一、索膜结构的材料
与制作二、索膜结构的找形设计二、索膜结构的裁剪设计四、索膜结构的抗拉锚
固体系张力锚设计。
索膜结构是一种新型建筑结构形式,其材料与制作,试验与检验方法以及施工方法
等都与普通建筑结构有所不同。本文从这些方面对索膜结构的特点进行了研究和总结。
索膜结构的找形设计方法目前主要有动力松弛法,力密度法,非线性有限元法,
控制点逼近法,比拟法和极小曲面法等。这些方法各有优缺点。本文对这些设计方法进
行了研究,并提出了将力密度法和动力松弛法相结合的综合设计策略。通过典型算例和
具体工程分析,经对比得出结论综合设计策略构造的曲面比直接按照力密度法求得的
曲面的精度有所提高,收敛速度比假设曲面再采用动力松弛法快得多,是一种有效的索
膜结构找形设计方法。
索膜结构的裁剪设计就是在考虑预应力的施加分区,膜材料的性能幅宽和单元剖
分策略的前提下,寻找合适的裁剪线位置及分布以确定裁剪试样,并计算二维膜材料的
裁剪下料图。本文主要探讨了常用的裁剪线确定方法和曲面展开方法。裁剪线采用曲面
上两点间距离最短的线一测地线。曲面展开是裁剪设计中的关键问题。木文对无约束极
值法,等效杆单元有限元法等曲面展开方法进行了研究,并给出了算例。
索膜结构的抗拉锚固主要是对于非自平衡体系而言的。非自平衡体系通过抗拉锚固
体系传递抵抗索的拉力效应。对于抗拉锚固体系的设计,本文在分类总结的基础上得到
了实际工程能够参考的有用公式和结论。
关键词索膜结构材料与制作找形设计综合找形策略裁剪设计抗拉锚固
浙江人学硕学位论文索膜结构找形和裁剪方法研究
浙江大学硕学位论文索膜结构找形和裁剪方法研究
第一章绪论
索膜结构是近数十年来发展较为迅速的大跨空间结构,其造型适应性强,力学性能
好,自重轻,充分体现了结构的轻巧、高强等特点,可以在大跨度、大体量的公共建筑
中实现人们所追求的自然、和谐、开敞、明亮的内部空间。随着计算科学和材料科学的
发展,空间张拉整体结构因其效率性,已经成为最有前途的建筑结构形式之‘。
索膜结构的发展
索膜结构是一种古老而又年轻的建筑结构形式,它的渊源可以追溯至远古时代游牧
民族用兽皮所做成的帐篷。而最早出现的具有现代意义的索膜结构是充气膜结构。
充气膜结构分为气承式膜结构和气胀式膜结构。气承式膜结构是向气密性好的膜材所覆
盖的空间注入高压空气,利用内外空气的压力差给膜施以张力,使结构具有一定的刚度
以承受外部荷载。气胀式膜结构则是将膜材本身做成一个封闭体,在其内部注入高压空
气以使膜材产生张力和刚度,利用膜的张力和内压来共同承受外荷载
年美国人曾经构想利用新发明的电力鼓风机将膜布吹
胀来做野战医院年,为美国军方做了一个直径为圆形充气的雷
达罩,可以保护雷达不受气候侵袭,又可让电波无阻的通过,由此真正衍生
出一种新的建筑工业产品一索膜结构。
于年把自家房屋游泳池的罩蓬做成了充气膜结构,并且在美国的
生活杂志上作了介绍。至此,这种结构形式才为世人所知晓,从而在世界各地开始发展
起来。虽然在结构分析和计算上存在着诸如找形、裁剪及非线性分析等各种困难,但充
气膜结构以其柔和圆滑、生动有机的丰富造型和灵活多变的色彩能力,显示出了强大的
生命力。年,在大阪世博会涌现了许多优秀的充气膜结构,其中代表性的有
和设计的富士馆,图和设计的美国馆图。这些
建筑的形式和风格与传统建筑形成了鲜明的对照,引起了人们广泛的关注和兴趣。这次
博览会,成为建筑发展史上的一个重要标志,标志着空间膜结构这种柔性结构开始发展
成为一种新型的建筑形式被人们所接受。富士馆属于气胀式膜结构,由个气胀式
拱构成,每个拱直径为,长度为,连接在直径为的钢筋混凝土环梁上,内
部气压可随外部环境风压状况调整。美国馆属于气承式膜结构。近似椭圆形的美国馆在
两个方向上的跨度分别达到了和。此后,该结构形式被多用于大型体育馆
中,如美国密歇根州的“银色弯顶”图、日本广岛的海与岛博览会会场图
及加拿大温哥华体育馆图等等。
第一章绪论索膜结构的发展索膜结构是近数十年来发展较为迅速的大跨空间结构,其造型适应性强,力学性能好,自重轻,充分体现了结构的轻巧、高强等特点,可以在大跨度、大体量的公共建筑中实现人们所追求的自然、和谐、开敞、明亮的内部空间。随着计算科学和材料科学的发展,空间张拉整体结构网其效率性,已经成为最有前途的建筑结构形式之一。索膜结构是一种古老而又年轻的建筑结构形式,它的渊源可以追溯至远占时代游牧民族用兽皮所做成的帐篷【“。而最早出现的具有现代意义的索膜结构是充气膜