膜结构收费站膜结构车棚设计最突出特点之一就是它形状的多样化,张拉膜结构的任意曲面变化,存在着无限的可能性。
膜结构车棚设计自身特点有很多,也很好的满足于现代化建筑的功能性与实用性。膜结构车棚形态主要是圆球面或圆柱面,相对而言没有可以选择的样式。而张拉膜结构的曲面就可以随着设计师们的想象力而任意变化。
膜结构在设计分析过程中存在三大问题,即形状确定问题(找形问题)、荷载分析头号题和裁剪分析问题。其中,形状确定问题是最基本的问题,是后两个问题分析的基础。
目前,膜结构的形状确定问题主要应用的方法包括力密度法、动力松弛法和非线性有限元法。其中,应用最多,也最有效的方法,当属非线性有限元法。
力密度法是由 Linkwitz 及 Schek 等提出的一种用于索网结构的找形方法,若将膜离散为等代的索网,该方法也可用于膜结构的找形。所谓力密度是指索段的内力与索段长度的比值。把索网或等代的膜结构看成是由索段通过结点相连而成。在找形时,边界点为约束点,中间点为自由点,通过指定索段的力密度,建立并求解结点的平衡方程,可得各自由结点的坐标,即索网的外形。不同的力密度值,对应不同的外形,当外形符合要求时,由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。
动力松弛法是一种求解非线性问题的数值方法,从二十世纪七十年代开始被应用于索网及膜结构的找形。动力松弛法从空间和时间两方面将结构体系离散化。空间上将结构体系离散为单元和结点,并假定其质量集中于结点上。如果在结点上施加激振力,结点将产生振动,由于阻尼的存在,振动将逐步减弱,最终达到静力平衡。时间上的离散是针对结点的振动过程而言的。动力松弛法不需要形成结构的总体刚度矩阵,在找形过程中,可修改结构的拓扑和边界条件,计算可以继续并得到新的平衡状态,用于求解给定边界条件下的平衡曲面