膜結構景觀設計由于其自身的特點不同于一般傳統(tǒng)結構形式,技術上必須經(jīng)過如下四個步驟
1 建筑方案設計(Architecture design)
建筑師根據(jù)業(yè)主的意圖、功能要求、環(huán)境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空體量等,基本確定各控制點的坐標??紤]經(jīng)濟和施工工藝等技術條件,與膜結構工程師、業(yè)主及施工技術人員等一起確定經(jīng)濟合理的初步設計方案。
2 找形分析(Form-finding)
預應力值及對于索膜結構而言,在沒有施加預應力之前,是沒有結構剛度的,也就是說膜結構任何時候不存在無應力狀態(tài)。由于膜材料本身沒有抗彎剛度,其曲面形狀與預應力值的大小和分布是一一對應的,因此在控制點坐標確定后,給定一合理的 預應力值及其分 布,才能確定合適的膜曲面形狀。預應力值的大小與分布是需根據(jù)多方面的條件進行反復調整后綜合確定的,這個過程叫做找形分析。此過程與方案設計過程往往密不可分,往往需反復調整方可即滿足建筑形狀的要求又保證結構的經(jīng)濟合理及安全可靠。
3 荷載分析(Load-analysis)
膜結構的控制荷載通常是風載和雪載。在荷載作用下膜結構的變形較大,因此精確計算結構的變形和應力分布要用幾何非線性的方法進行。根據(jù)不同工況下計算出的索、膜、梁、桿等結構構件中的內力分布的*不利節(jié)點做法及構造措施等。因此,經(jīng)濟安全的索膜建筑必須經(jīng)過仔細的內力分析后才能完成,不是憑經(jīng)驗拍腦袋就能確定得了的。荷載分析的另一目的是檢驗確定索、膜中初始預應力,一般來說在找形分析時先根據(jù)經(jīng)驗假定一預應力值及其分布,然后經(jīng)荷載分析來判定其合理性,即預應力的大小與分布應使在*不利工況下必須滿足使用要求、整體和局部位移要求及排水功能等要求。
4 剪裁分析(Patterning or Cutting)
剪裁分析就是在預應力狀態(tài)下的曲面形體上尋求合理的裁剪線位置及其分布,然后按照一定的方法將三維曲面展開為二維平面。為物盡其用,一般要按照膜材料幅寬進行裁剪,但要兼顧到膜曲面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質,故裁剪線的布置要與計算時 所設定的膜材經(jīng)緯向一致,才能保證計算結果與實際相符。膜材料的裁剪下料通常是在無應力狀態(tài)下進行的,如何在預應力的形體上進行無應力狀態(tài)下的裁剪分析,國內外學者都已進行了較為深入的研究,提出了諸如幾何法、*小二乘法、動態(tài)規(guī)劃法與平面熱應力原理相結合的有限單元法等多種方法,但在實際工程中還必須考慮以下幾點:
(1)必須保證索邊界的工作點不變,對于其它硬性邊界,由于構件本身存在一定的空間尺度,可根據(jù)實際情況改變膜的工作點或保持膜的工作點不變,變換連 接構件的做法,但一般說來后者較困難一些。另外,邊角處膜的剪裁應嚴格按照實際結構構造做法尺寸進行裁剪。
?。?)確定膜的經(jīng)緯向布置及膜片之間現(xiàn)場拼接縫位置,膜的經(jīng)緯向布置會影響觀瞻、膜材的利用率、制作的工作量等,還須與計算模型相吻合。現(xiàn)場拼接縫處理不當容易漏雨,所以一般在脊處作為現(xiàn)場拼接縫比較合適。
?。?)膜材與硬邊界的連接點處,應考慮特殊的補償值,以便于安裝。
?。?)膜的剪裁要充分利用膜材料的幅寬,即考慮了熱合搭接長度、預應力。