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充气膜结构工程裁剪设计的内容和步骤是什么？

同常规的其他膜结构形式一样,除了形态分析、荷载分析以外,充气膜结构也需要进行裁剪设计。建成后的充气膜膜面在内压作用下为具有预应力的空间曲面,裁剪设计的目的是用无应力、平面状态并有幅宽限制的膜材(卷材)去制作膜面,使这个膜面在充气后符合形态分析所得的形状和应力分布,保证膜面接缝布置美观,膜材用料节省。

常规膜结构裁剪设计的内容与步骤如下：

(1)在找形得到的空间膜面上布置裁剪线,将空间膜面划分成若干个空间膜条;

(2)将空间膜条展开为平面膜片;

(3)释放预应力,对平面膜片进行应变补偿(即考虑预应力释放后膜材的弹性回缩);

(4)根据以上结果,加上膜片接缝处及边角处的放量,得到平面裁剪片,从而给出膜材的下料图及膜面的加工图。

充气膜结构裁剪设计的同张拉膜结构、骨架膜结构等基本相同。通常情况下,一般的充气膜结构不需要精确控制充气后的形状,其裁剪设计可在初始形态基础上进行,在空间曲面上确定膜片间的裁剪线,获得与空间曲面最接近的平面展开膜片。此时要考虑初始预张力、膜材材料特性以及与基础连接处膜片特殊边界的影响,确定膜片的收缩量,调整膜片的裁剪尺寸,并考虑膜片之间的搭接量。本节的裁剪设计内容主要针对这些不需要精确控制充气后形状的工程。

对特殊功能的充气膜结构,如气膜钢筋混凝土结构中的气承式膜结构部分(图4.6.1）,在其内部的混凝土结构施工之前,气承式膜结构可以起到混凝土浇筑的模板功能,其内部有较大的充气压力,从而使得该气承式膜结构形成很大的预应力以增加整体结构的刚度。该类气承式膜结构要精确控制充气后的形状,其裁剪设计应在裁剪形状基础上进行,此时不考虑膜片的收缩量,但需考虑膜片之间的搭接量。这种气承式膜结构的裁剪设计有以下一些要求

(1)裁剪形状分析时应考虑膜材在不

同的经向、纬向应力比时的膜材弹性模量的影响。弹性模量应采用双轴拉伸试验机对十字形切缝试样进行比例加载,得到不同加载状况下膜材经向和纬向的荷载应变曲线,确定膜材的经向、纬向的弹性模量和泊松比。

(2)充气膜裁剪形状应在初始形态基础上通过泄气分析确定,计算时可将正常工作内压增加50Pa,并按比例增大所有膜单元的预应力,将内压泄气到50Pa的形状作为裁剪形状。

(3)充气膜裁剪形状分析时,宜考虑膜片热合缝、膜片加强区域的影响。

(4)充气膜裁剪形状分析时应考虑充气膜与基础环梁连接的张拉方法。当仅采用人工张拉时,充气膜裁剪形状底部与基础环梁连接处的周长缩小量不宜超过基础环梁周长的2%;当采用简单机械设备张拉时,充气膜裁剪形状底部与基础环梁连接处的周长缩小量不宜超过基础环梁周长的3%。充气膜裁剪形状底部与基础环梁连接处的周长缩小量取值不得超过泄气分析时得到的缩小量。