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1、张力结构体系设计的关键问题下面是下面给大家带来关于张力结构体系设计的相关内容，以供参考。一、张力结构设计的一般原则张力结构体系的分析设计应分为三个状态： 初始几何态、预应力 态和荷载态。虽然，在张力结构体系的初始几何态分析时也需考虑预 应力，但是，初始几何态的预应力分析仅是为了张成曲面几何外形， 而预应力态时的预应力分析才是结构的刚度分析。 应该说刚度设计是 结构设计的主要内容，通过调整预应力来改变结构刚度， 从而改变结 构的力流，改变结构性能。在设计中增加截面并不是一种好的方法， 改变形态、改变刚度可以收到事半功倍的效果。 荷载态的分析主要是 进行强度校核。在刚性结构设计中，结构的几何外形是
2、已定的，结构的变形也不 影响结构的刚度特征。然而在张力结构设计中，寻求初始几何外形的 分析和设计是十分重要的。如果结构的几何外形设计好，不是使结构 处于病态，就是使结构产生过大的张力而导致下部结构或边缘构件的 设计产生困难。对于复杂体形的张力结构，其几何外形的设计伴随着 维持其曲面张成所需的预应力设计。张力结构的初始几何外形设计的 难度和分析设计重要性均甚于荷载态时的分析设计。在张力结构的设计中，要保证能施加足够的预应力，必须有合适 的节点构造。张力结构的节点除了具有一般节点的设计要求以外，还 有区别于传统结构节点的显著特点，即该类节点具有互索的功能。例如，与节点相连的索单元拉力和杆单元压力使
3、得节点的刚度得到加强。张力结构的节点刚度是与体系的应力水平相适应的，这也是与传统的结构体系的重要区别。二、索膜结构的设计张拉膜结构是膜结构中最常见的一种形式 ，即通过对膜材内部施 加一定的预张力，使其具备了抵抗外荷载能力，从而充当结构材料的一 种结构体系。张拉膜结构是通过给膜材及加劲索施加预张力使之具有 刚度并承担外荷载的结构，又称之为索 -膜结构。这种形式能够充分 利用膜材的受力性能，形成轻巧、美观、具有现代感的空间大跨曲面 结构,并且施工简单、快捷，成本低，在国外已经被广泛应用于商业建 筑、体育建筑、工业建筑、户外设施、文化娱乐建筑等各种领域，目前在我国，相应的应用开发工作也已逐渐展开，并
4、且无疑存在着巨大的 发展前景。1 .索膜结构的设计过程张力结构属于柔性结构，因此其设计过程不同于一般传统的刚性 结构。其设计一般可以分为3个阶段：形态分析，荷载分析和裁剪分 析。形态分析形态分析包括结构初始试形状的确定和结构初始几何态的分析， 即找形分析的过程。其目的是确定满足控制点边界条件和初始预应力 荷载平衡条件的膜结构形状，以及与之相关的初始预应力分布。 结构 在外部荷载作用下从初始状态变形至工作状态的问题是弹性和弹塑 性变形问题，可以采用非线性有限元予以求解。荷载分析荷载分析是检验结构能否在实际环境中风、 雨或雪等荷载作用下 正常工作，不发生过大的变形和不出现褶皱和松弛。在进行荷载分析
5、 时，应对计算的各个单元中的最大应力和最小应力进行判断。若在迭代过程中出现膜的褶皱或松弛，应相应修改其单元本构矩阵后再进行 下一步的迭代。裁剪分析膜结构的裁剪分析是膜结构设计中的一个关键技术。 现有研究裁 剪的工作是在基于形状判定和荷载分析之后的特定几何外形上进行 的。裁剪分析中最棘手的问题是考虑初始预应力造成的膜材经、纬方向的伸长对裁剪下料的影响。膜结构是张力结构的一种，其整体刚度 主要由初始预应力提供，单片膜材的裁剪和拼接是在无应力状态下进 行的，而结构张成后膜材必须处于全张力状态。裁剪分析过程中，必 须选定合适的裁剪式样并精确确定连接坐标， 把膜材由空间的预应力 状态还原为平面的无应力状
6、态。而一般情况下这时所对应的结构的整 体刚度趋于零。据此建立的非线性方程组将变为奇异方程组， 这样得 到的解可能是病态的。所以如何把膜材由预应力状态还原为无应力状 态是进行膜结构裁剪分析中的关键技术， 但这个问题至今还未得到很 好的解决。由于裁剪分析与膜结构的形状、大小、曲率、材性等许多因素有裁剪分析关，使得目前各种裁剪方法得应用均受到一定程度得限制 方法总得来说分为3大类：物理模型方法，几何模型方法，平衡模型 方法。平衡模型方法以其灵活，迅速、准确的特点已占据了膜结构裁 剪分析发展和应用的主要领域。目前比较成熟的平衡模型方法主要 有：力密度法，动力松弛法，离散超限变换投影法。2 .索膜结构设计的特点这里主要从结构分析的角度提出以下几个特点：索膜材料均不具有抗弯能力，其上所有点在分析模型中只具有三 个自由度这一特点实际上使索膜体系与同是空间曲面结构的板壳结 构相比，其分析变得十分简单。可将索膜体系简化为长度任意改变的 空间链杆体系，或将膜简化为可自由拉伸和转动的三节点或
