預(yù)應(yīng)力是任何膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要荷載,按長期荷載考慮,同恒載效應(yīng)分析。膜結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力是一個十分復(fù)雜的因素,主要與膜材、建筑形式、安裝方法等有關(guān)。
膜面的預(yù)應(yīng)力水平對所有支承構(gòu)件(如桅桿、框架、索等)都有影響。預(yù)應(yīng)力是結(jié)構(gòu)特性的固有成分。預(yù)應(yīng)力水平是由找形過程確定的,其值必須在施工過程中達(dá)到并在使用過程中保持。所有荷載工況都應(yīng)該包含預(yù)應(yīng)力的作用。
膜結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力是其維持形狀和保持結(jié)構(gòu)特性的基本組成部分。膜材徐變等長期作用可能會改變預(yù)應(yīng)力的大小?;A(chǔ)沉降雖然很少發(fā)生,也會有所影響。應(yīng)該考慮到這些影響并采取適當(dāng)措施以確保足夠的預(yù)應(yīng)力水平。
一般而言,膜面所需最小預(yù)應(yīng)力取決于材料的剛度和強(qiáng)度以及膜面效率(即曲率)。預(yù)應(yīng)力低于上述限值時可能導(dǎo)致膜面受力不均勻或者褶皺,即并非所有膜面纖維均被充分張緊。
也可以通過選用高預(yù)應(yīng)力水平來降低曲率較小膜結(jié)構(gòu)的變形,但預(yù)應(yīng)力的增加會大大減小容許工作應(yīng)力的可用范圍。在設(shè)計臨時或特殊膜結(jié)構(gòu)時可以選用較小的預(yù)應(yīng)力。
關(guān)于預(yù)應(yīng)力的經(jīng)驗取法是經(jīng)、緯兩個方向的預(yù)應(yīng)力值不能低于條帶拉伸強(qiáng)度的2.5%,也不應(yīng)高于條帶拉伸強(qiáng)度的6%。
對于涂覆PVC聚酯纖維膜結(jié)構(gòu)的“經(jīng)驗法則”是在經(jīng)、緯兩個方向的預(yù)應(yīng)力值不能小于其條帶拉伸強(qiáng)度的1.3%。
涂覆PTFE玻璃纖維膜材的剛度較大,可選取較高的預(yù)應(yīng)力值。其值不應(yīng)低于2.OkN/m,目前使用的高強(qiáng)涂覆PTFE玻璃纖維膜的預(yù)應(yīng)力值經(jīng)常達(dá)到5.OkN/m(平坦膜面甚至可達(dá)lOkN/m)。
經(jīng)、緯向預(yù)應(yīng)力的不同可在一定程度上影響膜結(jié)構(gòu)的形狀,也可以改善結(jié)構(gòu)的受力特性。這會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微調(diào)的效果,即設(shè)計時可在某方向上增大荷載,而在另一個方向上減小荷載。然而,改善結(jié)構(gòu)特性的更有效方法是合理選取幾何邊界條件以及選用較大的曲率。
對于圓錐形膜結(jié)構(gòu),在環(huán)形支承的周圍會發(fā)生“頸縮”現(xiàn)象,采用非均勻預(yù)應(yīng)力是十分必要的。通常情況下,兩主曲率方向上的預(yù)應(yīng)力比值應(yīng)在1/4 - 4/1之間。
膜面預(yù)應(yīng)力的施加
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計時,可采用下列方法合理施加預(yù)應(yīng)力:在邊緣直接張緊膜面;拉緊周圍邊索;拉緊穩(wěn)定索;頂升中間支柱。
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