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1.氣枕式ETFE膜結構受力分析

選擇一典型氣枕,根據拉伸試驗測試的彈性模量計算氣枕處于不同應力狀態(tài)時的外部荷載,結果如圖7.2.5所示。可見,在ETFE膜材應力小于22.5N/mm2時,氣枕的受力性能基本是線性的,隨著荷載進一步增大,氣枕受力性能呈非線性特征,但仍有較大安全儲備,一般不會導致結構的立刻破壞。綜上所述,可將氣枕結構設計的膜應力控制在22.5N/mm2范圍內為驗證軟件計算結果和實驗室測出的材料數(shù)據,建立-2250mm×1265mm的氣枕模型(圖7.2.6),將其固定在鋁合金框架上按正常工作氣壓充氣(200~250Pa),然后逐步加壓來模擬不同的外部荷載情況。試驗過程中,氣枕在正常氣壓下保持正常形狀,當壓力增加到一定程度時開始緩慢變形,隨著壓力繼續(xù)增大,變形增加變快,最終膜材在很高的荷載下都沒有破壞。這和軟件計算結果完全符合,因此采用上述方法計算出的結構具有足夠的安全度。

氣枕主要承受風荷載和雪荷載,其中風荷載按照風洞試驗確定,最大正風壓為1.3kN/m2,最大負風壓為—5.31kN/m2,陣風系數(shù)折減為原值的0.85倍;雪荷載按100年一遇取0.45kN/m2。設計時通過調整膜材厚度,將氣枕內壓控制在200~250Pa范圍,矢跨比控制在1/8內,最不利荷載組合作用下膜材應力不超過22.5N/mm2。圖7.2.7給出了某個氣枕上層膜在最大負風壓時的變形圖和應力圖,其最大變形為147mm,最大應力為18.6N/mm2。該膜片在最大負風壓時邊界水平反力為7.33kN/m,豎向反力為4.11kN/m。

2.氣枕式ETFE膜結構節(jié)點設計

體育場罩棚氣枕結構是沿曲面螺旋排列布置的,檁條或天溝很難為每個氣枕都提供共面的四條邊,即每片膜的支承邊難以共面,如果對每個天溝都進行放樣,將會大大增加施工難度和施工周期。本工程采用調整天溝側壁高度的方法解決了該問題,即天溝仍做標準規(guī)格,但在標準天溝側壁增加高度可調節(jié)的轉接件(圖7.2.8),現(xiàn)場安裝時可通過調節(jié)轉接件來實現(xiàn)氣枕的四個支承邊安裝。氣枕節(jié)點基本構造是通過天溝連接件將天溝固定在檁條上,氣枕則通過氣枕連接件固定在天溝上邊沿上,另沿著天溝兩側設置落鳥線,以防止鳥落下時抓傷ETFE膜表面。氣枕下面尚設置了用于氣枕充氣和監(jiān)測氣壓的設施。

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