「膜结构看台」膜布局幕墙反转设计及安全系数

        膜曲面在曲率增大时，风、雪等荷载将引起大变形。支撑膜的情况下，大曲率时风荷载引起曲率反转也时有发生，在非常大风荷载时不允许某种程度的反转相当困难时，反转的设计是必要的。

　　在膜布局幕墙的分析设计中，是否要考虑材质的非线性及各向异性机能?

 

　　通常预应力不超过5%的抗拉强度、工作应力不超过20%的抗拉强度的局限内，为简便设计计算，一般可假定膜材质为正交异性的线弹性材质， 认为膜材是处于弹性阶段，亦即不考虑材质的非线性。

 

　　当张拉预应力及设计工作应力较大，「四平膜结构」，织物膜材要考虑材质的非线性及各向异性机能：织物膜材是非线性复合材质：纤维间的约束随经纬向应力比不同而变化;纤维本身在荷载下的机能就是非线性的;涂层的机能是非线性的，并受时间的影响;编织经纬向纤维在初始状态是松弛的，涂层对纤维受拉变直又有约束作用。

 

　　膜材是由基材加外观涂层复合而成，而基材是由经、纬向纱线编织而成，因而呈现很强的正交异性机能,经纬向变形能力相差达5倍左右(预应力膜材已有改进)。而正交异性材质在承受非弹性主轴方向的应力时，呈现各向异性材质的机能，即拉应力除产生受拉方向及与受拉方向垂直的另一方向的变形外，还产生剪切变形。

 

　　同时，剪应力除产生剪切变形外，也会导致拉伸变形。因此，材质的各向异性问题，或者说膜材的经纬方向与主应力方向的夹角是精确分析膜布局的形状和受荷分析时必须考虑的。同样，在决定裁剪应变补偿率时，也需计及这一因素。遗憾的是，当前大多数软件并不具有这一功能。

 

　　膜布局幕墙的安全系数。

 

　　膜材质是一种柔性织物，织物内部只有存在一定的应力场，才能得到一定的刚度。因此，对于膜布局而言，任何情况下不允许膜中有无应力状态。在高应力状态下，膜材质的抗拉强度越高，越不易发生徐变和老化;其次，在大跨度膜布局中，「长春膜结构」，膜中应力往往较大，且对膜的安全度要求较高，一般在长期荷载作用下，安全系数取6～8;在短期荷载作用下，安全系数取。安全系数考虑了如下几种不利因素：膜材质本身的强度和弹性常数有较大的变异性;膜布局计算假定及计算结果的不精确性;膜材质双向应力测试与实际情况的差异;紫外线照射下膜材的老化;膜材的疲劳;膜材制造和施工过程中的划伤和折叠等。

 

　　幕墙膜布局的膜材必须具备较高的抗拉强度及抗撕裂强度。但膜材平面内的抗压、抗弯强度几乎为零，抗剪强度也很低，并具备一定的各向异性和材质几何非线性性质，「吉林膜结构」，使用时又易发生应力松弛和徐变，因而在膜布局分析计算中如何正确地确定膜材的各项力学参数及与布局关系将是一项极端繁琐而又必不可少的事情。