索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長(zhǎng)度,使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻(xiàn)指出,膜材的自由支承長(zhǎng)度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外,索的另一個(gè)重要作用就是對(duì)桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐,從而保證不會(huì)因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌。
對(duì)膜結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì),應(yīng)在考慮施工過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)。
膜材只能承受拉力,不能承受壓力和彎矩。
膜面的主應(yīng)力應(yīng)小于膜材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,在荷載長(zhǎng)期作用下,小主應(yīng)力應(yīng)大于等于維持其初始平衡形狀的應(yīng)力值。
膜結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變、老化。
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮使用階段膜材替換對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮膜材破壞時(shí),支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)保持自身的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。
膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問題有:
1,預(yù)張力的大小及張拉方式;
2,根據(jù)控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式;
3,考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪);
4,關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì),以避免應(yīng)力集中;
5,考慮膜材的運(yùn)輸和吊裝;
6,耐久性與防火考慮。
膜結(jié)構(gòu)研究的主要問題有:
1,找形(Form-finding)或更進(jìn)一步叫“形態(tài)理論”;
2,考慮膜材松弛和各向異性下的結(jié)構(gòu)響應(yīng);
3,結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力穩(wěn)定性;
4,裁剪優(yōu)化;
5,膜與索及支承結(jié)構(gòu)間的相互作用。