膜结构知识

膜结构看台抗风能力有哪些因素决定

浏览次数: 200 次 发布时间:2021年04月30日

体育场膜结构看台作为替代传统看台的新型建筑,具有轻便、美观、搭建快捷等优点,而对于消费者而言,膜结构看台的牢固程度和使用寿命更加重要,尤其是大跨度的看台在较为空旷的场地中,能否经得住强风的侵蚀显得十分重要,毕竟膜结构的膜材较水泥混凝土实在太轻,很容易因为风力作用出现破损,而想要保证体育场膜结构看台抗风的能力,设计环节十分重要。

膜结构看台

一、膜结构看台受风破损的原因

1、空气作用导致膜材振动

当风绕过膜结构时,会产生旋涡和气流的分离,形成复杂的空气作用力。当膜结构刚度较大时,整体结构保持静止不动;当膜结构刚度较小时,结构震动收到激发,这时空气力产生动力作用,而动力作用可能激发风致振动。

此外长拉索因风雨作用也会产生较大幅度的振动,而膜结构自重轻、刚度小、自振频率低,是一种典型的风敏感结构,特别是膜结构看台这种有悬挑、体型变异较大的膜结构,这时风的动力作用不容忽视。

2、膜面抗撕裂强度低

膜面撕裂是在强风、暴雪、骤雨等恶劣天气下常易发生的一种破损现象。其主要原因是膜材虽具有较高的抗拉强度,足以承受经纬向所承受的张力,但其抗撕裂强度低,因此他们在撕裂方向的损远比直接受到拉伸的损坏严重得多。如果膜面由于局部应力集中略有破损,迅疾转变为撕裂力的作用,逐渐或瞬间切断一根或数根织物纤维后发生撕裂现象。

3、膜结构看台安装不达标

(1)由于膜面过于扁平、预张力施加不到位或膜材徐变导致膜面松弛等原因都有可能使膜面整体刚度降低,在强风作用下膜面出现大幅度的反复摆动,从而引起膜材的撕裂;

(2)连接松动、节点转动受约束或边索断裂等也会造成膜材的撕裂;

(3)膜面形状凹陷、膜材松弛引起的不均匀积雪、积水,施工过程中由于吊装、张拉不当而使膜面局部产生的应力集中,施工、实用过程中利物穿刺膜面等,也可能导致膜面的撕裂。

膜结构看台

二、膜结构看台的抗风设计

1、风洞模型试验确定抗风数据

在进行体育场膜结构看台抗风设计时,风荷载往往是其主要控制荷载。在确定风荷载标值时,基本风压常根据《建筑结构荷载规范》给出的当地50年一遇的风压采用,而想要更准确的确定膜结构看台表面的风压分布系数,只有依赖于风洞模型试验。

在做风洞试验时,应对风的速度剖面、自然风湍流、雷诺效应等进行较准确的模拟。由于膜结构看台属轻型结构,在风载作用下呈强几何非线性,受特征湍流影响大,风与结构的耦合作用不可忽略,所以有条件时应进行膜结构气弹模型试验,以获得更符合实际情况的风振特性、风压分布资料。

膜结构看台

2、抗风设计考虑因素

(1)设计时应考虑当风速达到某一临界值时,膜结构看台的振幅不断增大直至结构毁坏的自激振动(颤振等),同时还应考虑低风速时所产生的限幅振动(涡激共振、抖振等);

(2)设计中应通过找形分析使膜面处于常受拉状态,以增强膜面的抗风强度;

(3)进行膜结构看台设计时,为考虑风荷载的动力效应,在确定风荷载标值的同时,还应考虑风振系数;

(4)安装中通过对膜面施加预张力,使膜面在给定几何形状和边界条件下张紧,从而获得抵抗外荷载的能力。

体育场膜结构看台抗风设计,是保证其在强风作用下仍然保持结构稳定的重要因素,除此之外,正确的安装也是避免膜材因较小风力便破损的重要因素,所以想要看台更加牢固,就需要从设计开始,严格执行一些列膜材的抗风和保护措施。

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