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2017-10-09

索膜结构找形分析与裁剪设计

索和张拉膜结构被认为是非常细长和美观的建筑结构。 Die teils sehr komplexen doppelt gekrümmten Formen können über geeignete Formfindungsalgorithmen gefunden werden. Ein möglicher Lösungsansatz ist hier zum Beispiel die Formensuche über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (vorgegebene Vorspannung und zusätzliche Last wie Eigengewicht, Druck etc.) und den gegebenen Randbedingungen.

除了模板开发外,在建筑工地进行装配的结构件的生产和准备也是关键。 在这种情况下,工程师成为裁缝。 最重要的任务是在给定的预应力作用下,由许多小的平面切割型式创建一个双弯曲的膜。 当在一个假想的模型中处理一个半橙色时,这个任务的难度变得很明显。 由于薄膜蒙皮的径向和切向曲率,半个橙子不能从一个平面部分组装。 只能将其分解为多个平面部分。

除了实际裁剪图的裁剪之外,还需要大量的分解操作。 在选择组装时的裁剪线,以便在3D几何形状中每个零件的表面预应力状态尽可能的均匀,从而避免在展平过程中出现不均匀的拉伸裕量状态。 子单元越小,预应力分布和伸长率余量越均匀。 这种方法需要对部分单元的切割线进行自由设置,而与初始的膜几何形状和几何形状无关。 设置局部单元的切割线时,必须考虑以下方面:

  • 3D几何中的均质预应力条件
  • 展平过程中的均匀伸长率
  • 半成品卷的极限宽度
  • 材料正交各向异性
  • 接缝跟踪
  • 建筑设计
  • 分段过大会损坏半成品
  • 安装施工

在平整之后,分割的3D局部面生成了所需的单个构件用于装配。 在展平过程中必须考虑以下几个方面:

  • 材料正交各向异性
  • 面/边的补偿/松弛
  • 边缘余量
  • 相邻单元之间的极限长度相同

在实践中,定义切割线轨迹和随后平整部分面的两个工作步骤都称为切割。

除了膜的裁剪设计,还包括索单元的装配。 上面提到的找形过程寻找这样的几何形状,该几何形状使膜的给定表面应力和给定的索力或给定的索垂度的合力与边界条件保持平衡。 最后,该算法提供了一个具有作用力的新几何。

因此,用于制造的索的长度不能由所求得的形状的纯几何形状得出,而是由所求得的形状的几何形状减去索的延伸长度(由于作用的预应力)得出。


值:
A ...截面积
E ...弹性模量
N ...索力


作者

Niemeier 先生负责 RFEM、RSTAB、RWIND Simulation 以及膜结构领域的开发。 他还负责质量保证和客户支持。

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