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膜结构裁剪设计的目的及一般原则

膜结构裁剪设计的目的及一般原则

1. 裁剪设计的目的        
  膜结构建成后的膜面是预应力作用下的空间曲面。裁剪设计(或者 称裁剪分析)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,使这个膜面在张拉后符合找形所得的形状和应力分布,且膜面接缝布置美观, 膜材用料节省。    

2. 裁剪设计的内容与步骤     
  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都放量,得到平 面裁剪片;给出膜材的下料图及膜面的加工图。

3. 裁剪线的布置原则      
  裁剪线是指空间膜曲面上膜条与膜条之间的连接线,也就是裁剪片与裁剪片拼接时的接缝。
      裁剪线的布置应遵循以下原则:
(1)美观,有良好的视觉效果;
(2) 受力性能良好,通常将裁剪线布置成与膜材的经向一致,沿膜面主应力方向;
(3)便于加工,避免裁剪线过于集中,以方便边角处理;
(4)节省,即节省膜材且 使接缝总长度尽可能地短。         通常,裁剪线的方向就是膜材的经向,即膜材的长度方向。习惯上,圆锥形(伞形)膜面的裁剪线按经向布置,马鞍形膜面的裁剪线沿平行于高点对角线的方向布 置,拱支承形膜面的裁剪线多垂直于拱的跨度方向,而脊谷式膜面的裁剪线多平行于脊谷索布置;刚性边界的膜结构,裁剪线多平行于边界支承构件,如图1 所示。设计实际工程时,不要墨守陈规。适度地改变习惯做法,有时会收到意想不到的新奇效果,参见图2。

4. 裁剪的应变补偿      
  膜材裁剪时的应变补偿值(预缩量)受许多因素影响,如膜材本身的双轴拉伸性能、徐变性能、膜面应力水平、裁剪片的形状及材料经纬方向、 结构尺度及支承方式、膜面热合时的收缩情况、成型时的张拉难易程度等等。应变补偿常以补偿率的形式实施。严格说来,需根据膜材在特定应力比及应力水平下的 双轴拉伸试验结果,结合上述诸因素综合确定应变补偿率。         需要注意的是,膜材经、纬向的应变补偿率通常是不同的,且不同的应力分区也应采用不同的补偿率。大体上来说,常用聚氯乙烯(PVC )涂层覆盖聚酯织物的应变补偿率在0.5% 至 0.8% ;而常用聚四氟乙烯(PTFE )涂层覆盖玻璃纤维膜材的应变补偿率经向为0.5% 至1.0% ,纬向在1.0% 至3.0%之间。  

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