1、結構設計膜材與索桿協(xié)同工作的索穹頂找形分析    摘要：近些年來，伴隨著我國國民經濟和科學技術的發(fā)展，各種大型建筑結構不斷涌現(xiàn)了出來，與此同時各種工程施工新技術也不斷出現(xiàn)，為建筑行業(yè)的發(fā)展增添了無窮的活力。在這種社會發(fā)展基礎上，由于人們對于建筑結構安全性、功能性提出了新的要求，給傳統(tǒng)的頂部結構帶來了新的難題，基于此，以膜材與索桿協(xié)同工作的索穹頂結構逐步形成，為現(xiàn)代化社會發(fā)展做出重大貢獻。本文就建筑結構設計中采用膜材和索桿系統(tǒng)工作的索穹頂找形結構進行了分析，提出了相關工作要點，旨在為建筑工程的設計提供參考、借鑒。 關鍵詞：建筑設計；結構設計；索穹頂；找形分

2、析 隨著科學技術的進步和人民生活水平的提高，對于各種建筑結構也提出了新的要求。尤其是在大型建筑結構不斷出現(xiàn)的今天，傳統(tǒng)的屋頂結構體系由于各方面的制約而無法滿足時代發(fā)展需要，這就需要采用一種新技術、新理念和新方法來滿足建筑發(fā)展需要、順應時代發(fā)展潮流。膜材與索桿協(xié)同工作的索穹頂就是在這種建筑發(fā)展基礎上形成的，且是目前就按住領域應用較為廣泛的一種。這種建筑結構的應用是一種綜合、系統(tǒng)的管理模式，更是現(xiàn)代化社會發(fā)展中深受人們關注和重視的環(huán)節(jié)。 一、索穹頂概述 我國國民經濟的飛速發(fā)展的同時促進了建筑行業(yè)的繁榮，尤其是在近年來，各種大型的、高層、超高層建筑結構不斷涌現(xiàn)。在這種建筑行業(yè)繁榮發(fā)展的基礎上，傳統(tǒng)的

3、建筑結構中存在著一定的影響和挑戰(zhàn)，這種社會發(fā)展現(xiàn)狀出現(xiàn)給建筑工程領域的應用帶來了一定的影響，也為工程建設帶來了挑戰(zhàn)。尤其是建筑結構設計，作為建筑工程領域中一項基礎環(huán)節(jié)，其個性化、復雜化發(fā)展成為建筑領域發(fā)展的時代潮流，也為工程結構帶來了新的發(fā)展基礎。時至今日，這種建筑結構逐漸形成了以索、桿、梁、鏈等多個環(huán)節(jié)為一體的綜合性結構體系，也是以膜材為主的新型結構模式。 1.索穹頂結構分析 索穹頂是從上個世紀八十年代從國外引進的一種新型建筑結構體系，目前索穹頂在國內的應用還較少，但是其研究越來越廣泛和深入。在其設計和施工中，通常都是采用大量的預應力鋼索為基礎，以壓桿為支撐點進行的。這種結構與傳統(tǒng)的建筑結構

4、相比較有著壓桿少而且短、鋼材抗拉強度高、結構效率極高以及個性化、新穎化和系統(tǒng)化的模式，更是一種施工速度快、造價低廉、受力合理的一種工程體系，也是一項深受工程師喜愛的工作環(huán)節(jié)。 2、索穹頂結構應用背景 在改革開放的三十多年時間里，我國國民經濟得到了前所未有的發(fā)展，人民生活水平也得到了空前的提高。在這個時間段里，建筑業(yè)呈現(xiàn)出了高速發(fā)展的趨勢，迄今為止，已經實現(xiàn)了多種不同的、復雜的結構體系，這也是一套綜合、系統(tǒng)、全面的管理流程，在這種管理體系下，我們經常都是以剛性結構和柔性結構共同工作的模式，且在這個歌工作基礎上，逐步形成了協(xié)調、統(tǒng)一的管理策略，進而得到了優(yōu)化與完善。時至今日，索穹頂結構異性贏得了建

5、筑業(yè)內廣大工作人員的認可，并成功的應用在眾多的大跨度、高層次的建筑結構屋頂設計中，是近年來國內外建筑工程領域研究最多的焦點話題之一。 二、索穹頂建筑結構整體分析 1.整體結構設計分析 在目前的社會發(fā)展中，由于索穹頂建筑結構的整體性受到人們的廣泛關注與重視，也使得人們在工作中空間結構得到了空前的應用。就目前建筑工程施工而言，常見的空間結構主要可以分為以下五種：鋼筋混凝土薄殼結構、平板網(wǎng)架結構、網(wǎng)殼結構、懸索結構、膜結構等等。其中在施工的過程中混凝土薄殼結構、平板網(wǎng)殼建筑結構和網(wǎng)殼結構都被人們稱之為剛性結構，而懸索結構和膜結構與前三者的結合體也被人們稱之為柔性建筑結構。 2.柔性結構的應用情況 在

6、人類發(fā)展史上，我們在建筑結構工程中對于柔性結構的應用與研究一直較為緩慢，且長期不被人們關注與重視。隨著近年來科學技術的不斷發(fā)展，各種新材料、新技術的廣泛涌現(xiàn)給人們生活與生產提供了必然基礎，以柔性結構為主的工程結構逐步受到人們的關注與重視。在施工與設計的過程中，各種技術方式的采用已成為目前人們關注的工作重點，也引發(fā)了目前工程設計與更新理念，使得各種新概念與新技術逐步受到人們的關注。 三、膜材與索桿協(xié)同工作索穹頂發(fā)展概述 膜材的出現(xiàn)可謂是建筑工程領域中的又一次創(chuàng)新革命，也是整個工程建設中備受關注和認可的一個綜合性工作環(huán)節(jié)，在這個工作流程中，只有依靠預應力的產生形狀以及剛度，通過與傳統(tǒng)的索、桿和梁等

7、多種單元結構組合構成了索桿梁膜空間結構體系。這種結構體系的出現(xiàn)為建筑工程空間體系的造型、組合以及構思提出了新的要求，其在設計的過程中以新穎的造型、巧妙的構思和良好的經濟性能成為目前人們關注的重點，并且發(fā)揮出巨大的生命力和廣闊的應用前景。 1膜部分非線性有限元法基本原理 在目前工程項目施工的過程中，膜結構已成為一種不容忽視的過程，通常在施工設計的時候都是以非線性的設計方法和技術手段進行采用的，同時在工作的過程中我們也根據(jù)目前工程施工技術進行了總結與完善。 2在計算過程中還發(fā)現(xiàn)： 在目前膜結構的選用中，膜材通常是選擇具有一定強度和柔性的薄膜材料形式，通過使用纖維編織物作為主要的基材，再通過基材兩面

8、涂層加固形成膜材結構方式。 1）找形終態(tài)時，方法1谷索內力由原來的20KN降為16KN。方法2找形時谷索內力基本保持不變，控制點位移很小.這主要是由于方法1初始找形完成時，控制點處存在非平衡內力，而整體結構在非平衡內力作用下產生變位，這部分變位導致索桿、膜及谷索內力均發(fā)生了變化，故方法1中索桿內力較難控制；方法2通過調整索桿部分內力以保證控制點幾乎不動，整體結構在找形過程中變位及谷索和膜部分內力變化均很小，索桿內力基本由節(jié)點反力和初始預應力共同決定，因此較好控制。 2）由于方法1的不平衡內力由索桿、膜及谷索內力共同改變來承受，它在靠近平衡態(tài)時收斂較慢；方法2收斂迅速，算例2桿件內力只需修正1次即進行2次找力，就基本保持恒定。 四、結論 在目前的索桿梁膜結構設計中，非協(xié)同找形分析方法容易忽略剛性單元和柔性單元之間存在的關系和變形協(xié)調影響，使得其在計算存在著一定的不足和缺陷，因此為了提高設計和計算的精度，增加幾何圖形和預應力的合理分布，在設計的過程中需要結合非協(xié)同找形進行處理，對于剛性邊界中自身存在的問題進行處理，使得剛性單元與柔性單元能夠成為一個