膜結構加工制作階段的工作內容,包括裁剪設計的原則、裁剪方法、膜材的連接、裁剪下料圖及加工圖、膜面加工制作的工序與質量要求等。
除找形外,膜結構設計的另一大特點是需要進行裁剪設計,即在完成找形、荷載分析和構件設計(含膜材、索、支承鋼結構的設計等)并獲批準后,要購買膜材料,進行裁剪設計,加工制作膜面。本文臨朐永鑠膜結構工程將就膜結構加工制作階段的工作內容,如裁剪設計的原則、裁剪方法、膜材連接方法與接縫設計、裁剪加工圖、膜面制作工序與質量要求等,展開論述。
膜結構裁剪設計的目的及一般原則
1. 裁剪設計的目的
膜結構建成后的膜面是預應力作用下的空間曲面。裁剪設計(或者稱裁剪分析)的目的是用無應力、平面狀態(tài)并有幅寬限制的膜材(卷材)去制作膜面,使這個膜面在張拉后符合找形所得的形狀和應力分布,且膜面接縫布置美觀,膜材用料節(jié)省。
2. 裁剪設計的內容與步驟
膜結構裁剪設計的內容與步驟如下:
(1)在找形得到的空間膜面上布置裁剪線,將空間膜面劃分成若干個空間膜條;
?。?)將空間膜條展開為平面膜片;(3)釋放預應力,對平面膜片進行應變補償(即考慮預應力釋放后膜材的彈性回縮);
?。?)根據(jù)以上結果,加上膜片接縫處及邊角處都放量,得到平面裁剪片;給出膜材的下料圖及膜面的加工圖。
3. 裁剪線的布置原則
裁剪線是指空間膜曲面上膜條與膜條之間的連接線,也就是裁剪片與裁剪片拼接時的接縫。
裁剪線的布置應遵循以下原則:
?。?)美觀,有良好的視覺效果;
(2)受力性能良好,通常將裁剪線布置成與膜材的經向一致,沿膜面主應力方向;
(3)便于加工,避免裁剪線過于集中,以方便邊角處理;
(4)節(jié)省,即節(jié)省膜材且使接縫總長度盡可能地短。通常,裁剪線的方向就是膜材的經向,即膜材的長度方向。習慣上,圓錐形(傘形)膜面的裁剪線按經向布置,馬鞍形膜面的裁剪線沿平行于高點對角線的方向布置,拱支承形膜面的裁剪線多垂直于拱的跨度方向,而脊谷式膜面的裁剪線多平行于脊谷索布置;剛性邊界的膜結構,裁剪線多平行于邊界支承構件。設計實際工程時,不要墨守陳規(guī)。
4. 裁剪的應變補償
膜材裁剪時的應變補償值(預縮量)受許多因素影響,如膜材本身的雙軸拉伸性能、徐變性能、膜面應力水平、裁剪片的形狀及材料經緯方向、結構尺度及支承方式、膜面熱合時的收縮情況、成型時的張拉難易程度等等。應變補償常以補償率的形式實施。嚴格說來,需根據(jù)膜材在特定應力比及應力水平下的雙軸拉伸試驗結果,結合上述諸因素綜合確定應變補償率。
需要注意的是,膜材經、緯向的應變補償率通常是不同的,且不同的應力分區(qū)也應采用不同的補償率。大體上來說,常用聚氯乙烯(PVC )涂層覆蓋聚酯織物的應變補償率在0.5% 至 0.8% ;而常用聚四氟乙烯(PTFE )涂層覆蓋玻璃纖維膜材的應變補償率經向為0.5% 至1.0% ,緯向在1.0% 至3.0%之間。