广东广州510010）【摘
要】膜结构作为一种造型简洁多变、形态优美、轻盈通透、施工快捷方便的新型建筑结构融合体系，越来越得到建筑师及业主的青睐，特别是对于停车场雨棚、人行道、小品等部位。本文通过某单柱悬挑的张拉膜雨棚工程，对其全过程设计与分析进行详细介绍与总结，包括膜材选择、形分析、荷载分析与设计。
【关键词】张拉膜；悬挑雨棚；初始形分析；钢结构设计；膜材分析【中图分类号】TU391
【文献标识码】A
【文章编号】2095-2066（2019）05-0212-03
1引言
建筑专业在体育场馆、入口廊道、小品、停车场雨棚等领域为了追求其造型自由、轻盈、通透、采光及绿节能等的目的，膜结构这种可以达到建筑与结构完美结合的体系应运而生。膜材作为一种只受拉不受压的高强度柔性薄膜材料与钢材或其它硬支撑体系相结合，对膜面施加一定的预张力后可以形成具有一定刚度的曲面同时可以承受较大的外荷载的空间体系。从结构形式上大致可分为骨架式、张拉式、充气式等3种基本形式。本文通过某单柱悬挑伞状张拉膜停车场雨棚进行简单的设计与分析过程介绍，本工程平面尺寸为30m ×7m 悬挑6m ，高6.5m ，采用骨架式膜结构与张拉式(悬挑边采用索进行张拉封边)相结合的体系，结构三维示意图如图1所示。
2初始态形分析
固态去耦合器
根据《膜结构技术规程》(CECS-158-2015)的要求，根据建筑使用需求，所处环境，使用年限等条件，膜材应当选用以下三种膜材:G 类(玻璃纤维基材、PTFE 涂层，俗称PTFE 膜)、E 类膜材(玻璃纤维基材、硅酮涂层)，俗称ETFE 薄膜)、P 类(聚酯长丝基材、PVC 涂层俗称PVC 膜)。PTFE 膜具有耐久年限长(可达25年及以上)、自洁能力防污性高、透光率高等优点，但与PVC 膜比较，材料费与加工费高，且柔软性低，综合考虑使用需求及经济成本等因素后，本工程采用PTFE 膜材，基本参数详表1。
通过数学分析可知，稳定的膜曲面为负高斯曲率面，最基本的单元为马鞍形双曲抛物面和锥形双曲面。因此膜初始态形就是为了到这样一个稳定曲面，当然还需满足建筑造型及使用的需求。对膜面施加预张力后，通过多次方程迭代求解后，尽量使得膜面的平衡曲面接近最小曲面，最终到一个形状合理、应力分布均匀的曲面形态。本工程膜面预张力为3MPa ，封边索预张力30kN ，通过多次最
萝卜红素小应力曲面和平衡应力曲面形后得到的结果如图2~图4所示：结果表明，膜面基本成马鞍形态，可以满足双向受力，符合受力要求；膜面形状没有出现过多平坦区域，初步判断膜面不会出现积水现象，当然这还需通过荷载态分析确定；膜面应力水平从3.07~7.60MPa ，除伞状顶部边界处应力较大外，裁剪下料及施工时需对其适当加强构造处理，其它部位应力较为均匀，满足受力需求。
3荷载态分析
typec转usb荷载效应分析，在初始形态分析确定的几何形态和预张
力的基础上，考虑各种可能的荷载组合情况对膜结构内力和变形进行计算与分析设计。分析应当采用几何大变形的非线性计算，先进行荷载组合再施
加荷载，最后才计算分析。
3.1荷载与组合
图1雨棚膜结构三维示意图
表1膜材技术规格表
项目数据颜白厚
度0.8±0.1mm 经向抗拉强
红外线烘干度5000N/5cm 纬向抗拉强度5000N/5cm 抗撕裂
强度
300N 涂层聚四氯乙烯PTFE
基材玻璃纤维透光率16%厚度
74%
图2形后侧立面图
图3形后正立面图
图4形后膜面应力图
（MPa ）212
钢结构等自重按程序自动计算，附加恒载:0.015kN/m 2(按1mm 厚膜材计算)；膜面活荷取0.3kN/m 2；风荷载：基本风压0.35kN/m 2，体系系数1.4(风压时取0.2)，风振系数1.5，高度系数1.0，最终取值为0.735kN/m 2(风压时取0.105kN/m 2)。
荷载组合按《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB50068-2018)进行设置。基本组合如下:
组合1:1.3恒+1.5×1.0活组合2:1.0恒+1.5×1.0风吸组合3:1.3恒+1.5×1.0风吸组合4:1.3恒+1.5×1.0风压
组合5:1.3恒+1.5×1.0活+1.5×0.6风吸组合6:1.3恒+1.5×1.0活+1.5×0.6风压组合7:1.3恒+1.5×0.7活+1.5风吸组合8:1.3恒+1.5×0.7活+1.5风压标准组合如下:
组合9:1.0恒+1.0活组合10:1.0恒+1.0风吸组合11:1.0恒+1.0风压
3.2钢结构计算与设计
钢结构体系为钢框架结构体系，单柱悬挑，长向共分有5个标准单元,30m 长，每榀正面悬挑6m ，背面悬挑1m ，采用了拉杆与拉索进行平衡设计，按有侧移框架计算。钢柱采用P299×12钢管截面，顶部为P168×10；悬臂梁采用H (300~200)×200×10×12的工字型梁，帽子支撑钢结构采用P102×5，拉杆采用P63×5，材质均为Q235B ，拉索采用ϕ30的不锈钢绞线。典型钢结构布置及立面图详图5、图6所示。
计算结果如图7、图8所示，杆件最大应力比为0.913，小
于1.0，满足规范要求；组合9工况下悬挑最大竖向位移为26mm (向下)、组合10工况下悬挑最大竖向位移为39mm (向上)，变形均小于规范限值48mm (6000/125)。因此本结构可以满足规范的极限承载力及正常使用的要求。
3.3膜材验算
3.3.1变形验算
在组合10工况下变形最大值(详图9)为106mm<L/15=6000/15=400mm ，满足各膜单元内膜面相对法向位移不大于单元名义尺寸的1/15的要求。
3.3.2应力验算
在组合2工况下膜面最大应力为17.5MPa (详图10)小于60MPa 满足设计要求，膜面最小主应力<0的单元(即褶皱单元)的占比为1.53%，小于规范限值要求的10%，满足要求。单元名义尺寸的1/15的要求。
3.3.2膜面排水分析
在0.3kN/m 2作用下(即雨水工况)以及雨水+风载耦合工况下的变形后膜面等高线无内部圆形闭合区域出现(详图11)，说明内部没有出现低点或出现局部过于平坦，表明膜面不会因
为降水而产生积水现象。
图
5标准单元结构布置
图
图6标准单元结构剖面图
图7
钢构件应力比图
图8组合9工
况下的竖向变形图
图9组合10工
况下的膜材变形图
图10组合10工况下的膜材变形图
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4结论本文通过对某单柱悬挑的张拉膜雨棚工程进行了详细分析，包括膜材基本技术规格参数的确定，膜材的选取，膜面的初始张力施加以及初始态的形分析，到合适合理的形态
后，进行荷载施加，并按最新的可靠度标准进行工况组合，进行承载力及正常使用状态下非线性分析计算，对计算结果进行分析。计算结果表明钢结构应力比、变形可以满足规范要求；膜材的变形、应力以及膜面排水也可以满足要求。本文对类似工程的设计有一定的借鉴参考意义。
参考文献
[1]《膜结构技术规程》(CECS-158-2015).[2]《钢结构设计标准》(GB50017-2017).
[3]《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB50068-2018).
收稿日期：2019-4-11作者简介：张艳辉(1987-)，男，工程师，硕士研究生，从事大跨钢结构、膜结构等
建筑结构设计工作。
图11雨水工况下的膜材变形等高线图
非线性建筑设计分析
刘伟哲（广西农垦设计院有限公司，广西南宁530000）
【摘
要】非线性建筑主要是指呈现出连续流动状态的形体，其形体效果主要通过建筑性能和建筑附近环境等因素的整合而来，设计的关键就在于这些因素。基于此，本文将非线性建筑设计的总体思路入手，阐述了非线性建筑设计中的关键要点，以期为设计人员开展设计工作提供理论参考。
去污水【关键词】非线性建筑；参数；计算机技术【中图分类号】TU201
【文献标识码
】A
【文章编号】2095-2066（2019）05-0214-02
图1非线性建筑设计总体思路示意图
前言
非线性建筑的概念最早出现于20世纪60年代，当时并未受到关注。随着计算机技术的发展，非线性建筑的设计更为便捷，促进了非线性建筑的迅猛发展，使其受到社会的广泛关注，并逐渐成为建筑领域的重要组成部分。在非线性建筑中，设计方案会对建筑的外观效果及功能发挥产生直接的影响，需要受到相关单位的重视。
1非线性建筑设计的总体思路
传统建筑设计理念强调建筑的功能性，要求其为用户提供居住和工作的场所。在经济和技术发展迅猛的当下，人们对生活的追求从原本的物质转变为精神，对建筑的需求不再集中于建筑的功能，更为注重建筑的精神素养及自然内在性能。因此，在新时期建筑设计理念中，设计人员需要注重建筑和自然环境及社会环境的融合，呈现出不同的建筑形体[1]。非线性建筑设计理念与新时期建筑设计理念相符，该理念将建筑作为媒介与桥梁，利用建筑实现人类和周边环境的融合，实现人、建筑和环境的协调发展。非线性建筑设计理念是将模糊理论、非标准数学分析以及哲学思想作为基础，利用计算机的各项功能，完成参数分析、建筑形体生成以及建筑施工指导等各项工作，呈现出唯一独特的建筑空间形态，使非线性建筑具备独有的空间和外观形态，与人们的需求相符。
在实际的非线性建筑设计中，设计人员需要中生活实际入手，对建筑建设区域的周围环境进行深入明晰，提炼出多种环境现象因素，并将其转变为建筑形体，完成与人、环境融合的建筑设计方案。在此基础上，非线性建筑设计方案并不注重
建筑风格和建筑形式，而是从建筑周围环境出发，设计出多样化和不规格的建筑外观及空间造型，具体的非线性建筑设计思路可以参照图1。
2非线性建筑设计的关键要点
2.1建筑外观的合理设计
在非线性建筑中，建筑外观轮廓主要通过建筑空间的感知来实现，而建筑空间的感知是由非线性建筑和周围空间的对比产生的，如果非线性建筑和周围空间的边界相对模糊，将会在一定程度上弱化非线性建筑的形态，导致不同空间中呈现出暧昧的状态，呈现出模糊的非线性建筑外观轮廓。因此，在进行非线性建筑设计的过程中，设计人员需要注重非线性
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