整体张拉式膜结构的基本形式及其抗风性能探讨

1、 哈尔滨工业大学 膜结构的分类膜结构膜结构 空气支承式空气支承式 骨架支承式骨架支承式 整体张拉式整体张拉式 索系支承式索系支承式 整体张拉式膜结构 用桅杆或拱等刚性构件提供吊点，将钢索和用桅杆或拱等刚性构件提供吊点，将钢索和薄膜悬挂起来，通过张拉索对膜面施加预张力，薄膜悬挂起来，通过张拉索对膜面施加预张力，将膜材绷紧形成具有一定刚度和形状稳定性的结将膜材绷紧形成具有一定刚度和形状稳定性的结构。构。张拉式张拉式膜结构膜结构 鞍形鞍形 伞形伞形 脊谷式脊谷式 拱支式拱支式 受力特点受力特点曲面构成曲面构成 鞍形膜结构 高点、低点高点、低点 刚性边界、柔性边界刚性边界、柔性边界 f/L: f/L:

2、 1/81/12 伞形膜结构 高点支承设计：高点支承设计： 立柱、飞柱、吊环立柱、飞柱、吊环 高点应力释放高点应力释放 设置脊索、可浮动设置脊索、可浮动 脊谷式膜结构 跨中设计：跨中设计： 注意排水问题注意排水问题 边跨设计边跨设计 设置加劲索设置加劲索San Diego Convention Center- Details Denver International Airport Details 拱支式膜结构 拱的设计拱的设计 索网设计索网设计 特别说明 张拉式膜结构的抗风设计抗风概念设计抗风概念设计 避免施工阶段破坏；（必要的防护措施）避免施工阶段破坏；（必要的防护措施） 避免大面积松弛；

3、（预张力要施加到位）避免大面积松弛；（预张力要施加到位） 避免应力集中；（采取合理构造措施）避免应力集中；（采取合理构造措施） 荷载模型要正确；（体型系数和风振系数）荷载模型要正确；（体型系数和风振系数）国内膜结构破坏实例国内膜结构破坏实例 查查荷载规范荷载规范 参考相似工程资料参考相似工程资料 风洞试验风洞试验 CFDCFD数值模拟数值模拟 （数值风洞）（数值风洞） 效率高、费用省；效率高、费用省； 可进行不同方案比较（气动设计）；可进行不同方案比较（气动设计）； 可基本满足工程精度要求。可基本满足工程精度要求。 鞍形膜结构体型系数XYZpressure-coefficient-0.50-0

4、.62-0.73-0.85-0.97-1.08-1.20-1.31-1.43-1.55-1.66-1.78-1.90-2.01-2.13Frame 001 09 Jun 2005 titleFrame 001 09 Jun 2005 title 伞形膜结构体型系数XYZpressure-coefficient0.480.350.220.10-0.03-0.15-0.28-0.41-0.53-0.66-0.78-0.91-1.04-1.16-1.29Frame 001 09 Jun 2005 titleFrame 001 09 Jun 2005 titleXYZpressure-coeffici

5、ent-0.02-0.11-0.21-0.30-0.40-0.49-0.58-0.68-0.77-0.87-0.96-1.05-1.15-1.24-1.34Frame 001 09 Jun 2005 titleFrame 001 09 Jun 2005 title 脊谷式膜结构体型系数XYZp: -1.12 -0.99 -0.86 -0.73 -0.60 -0.48 -0.35 -0.22 -0.09 0.04 0.17 0.30Frame 001 09 Jun 2005 titleFrame 001 09 Jun 2005 title 拱支式膜结构体型系数XYZpressure-coeffi

6、cient0.360.220.08-0.06-0.19-0.33-0.47-0.61-0.74-0.88-1.02-1.16-1.29-1.43-1.57Frame 001 09 Jun 2005 titleFrame 001 09 Jun 2005 title 膜结构风振分析方法 频域方法频域方法 适用于线性结构适用于线性结构 时域方法时域方法 人工生成脉动风压时程；人工生成脉动风压时程； 进行结构动力响应时程分析；进行结构动力响应时程分析； 对响应结果作统计处理，提取风振系数。对响应结果作统计处理，提取风振系数。 膜结构风振系数的合理表达1.1. 荷载风振系数荷载风振系数 响应风振系数响应

7、风振系数wiUwidiUg1wiUwisiSg12.2. 最大风振系数最大风振系数 整体整体风振系数风振系数maxmax*wiwididUUmaxmax*wiwisisSS 膜结构风振系数的合理表达3.3. 非线性调整系数非线性调整系数4.4. 根据不同构件的风振性能区别对待根据不同构件的风振性能区别对待 maxmaxstSS 膜：位移控制为主 索：内力控制为主 支座：考虑荷载空间相关性 膜结构风振响应的等效静力表达形式*steqSS 几种典型膜结构形式的风振系数建议值 鞍形：2.8（位移）；2.0（内力） 伞形：2.5（位移）；2.0（内力） 脊谷式：2.8（位移）；2.0（内力） 拱支式：2.1（位移）；2.0（内力）1.1.以上只是阶段性成果，相关工作正在展以上只是阶段性成果，相关工作正在展开。开。2.2.膜结构的抗风概念设计至关重要。膜结构的抗风概念设计至关重要。 避免施工阶段破坏；（必要的防护措施）避免施工阶段破坏；（必要的防护措施） 避免大面积松弛；（预张力