摘自《工程主体施工采购》第8期来的大唐膜结构www.dtjg整理 摘要: 利用动力松弛法对预应力张拉膜进行初始平衡形状的确定以及静载分析。选择平面投影形状作为初始试形状，引入动力松弛法并对其参数进行分析，得出了薄膜结构在预应力态下的平衡形状分析方法，从而对薄膜结构进行静载分析。本文建立的方法对薄膜结构进行形与静载分析时，无需形成整体刚度矩阵，不会造成误差累积，并且编程简单、迭代速度快，适用范围广，与动力分析具有统一性，十分适用于几何非线性程度较高的张拉柔性结构体系。通过算例分析表明本文方法简便、实用，精度较高，适用于大跨度张拉索网、索膜结构的几何非线性分析 【内容简介】
本书对张拉索－膜结构的分析与设计进行了介绍。在第一章绪论中介绍了工程结构的演化进程和薄－膜结构的发展历程。第二章以薄壳理论为基础介绍了张拉索－膜结构的受力特点及其与结构形式间的关系。第三章和第四章为张拉索－膜结构分析所需的基础知识和理论，包括钢索及膜材的物理、力学性能，固体力学的大位移理论和有限元分析方法。第五章到第八章分别介绍张拉索－膜结构的形态分析、裁剪分析、荷载分析和节点设计。第九章介绍张拉索－膜结构分析设计软件CAFA的基本功能和使用方法。以张拉索－膜结构设计中的建筑构思作为本书的第十章，以体现索－膜结构设计中建筑设计与结构
设计间异常紧密的结合。
本书可供土木工程专业的结构工程师、建筑师、施工技术员和相关专业的大专院校师生以及结构工程专业的研究生参考。
【图书目录】
序
前言
第一章 绪论
1·1工程结构的演化
1·2薄膜结构的发展历程
第二章 张拉索－膜结构的选型与设计
2·1柔性壳体的基本力学性能
2·2张拉索－膜结构的基本单元及组合
2·3结构的支承体系
2·4膜材的剪裁与连接
第三章 钢索、膜材的物理、力学性能
3·1钢索的产品规格及性能指标
3·2建筑膜材
3·3膜材的本构模型
3·4弹性主轴方向上的本构关系
3·5非弹性主轴上的本构关系
3·6建筑膜材的力学性能参数紫宸殿论坛
3·7膜材强度指标龙泉寺举报
第四章 张拉索－膜结构分析的理论基础和有限元方法
4·1几何非线性分析
4·2有限元方法
第五章 张拉索－膜结构的形态分析
5·1形态分析的程序实现
5·2数值分析的精确性检验
5·3形态分析示例
5·4工程算例
第六章 膜曲面的裁剪分析
6·1裁剪线的确定
6·2膜片的展开
6·3裁剪条元的下料尺寸
6·4精确性验证
6·5裁剪分析示例
6·6工程算例
第七章 张拉索－膜结构的
受力分析
7·1单元应力及局部松弛和破坏
7·2受力分析程序的有效性检验
7·3张拉索－膜结构的受力性能分析
7·4工程结构荷载验算
第八章 张拉索－膜结构的连接与节点
当代工人8·1膜材与膜材的连接
8·2索与膜的连接
8·3膜材与刚性边界的连接
8·4索节点
8·5柱节点
8·6索膜节点
第九章 张拉索－膜结构分析设计软件CAFA
9·1CAFA的组成
9·2模型建立
9·3形态分析
9·4裁剪分析
9·5荷载分析
9·6数据查询
第十章 张拉索－膜结构设计的建筑构思
10·1环境因素与总体构思北京新增一起中学聚集性疫情
10·2空间要素与结构选型
10·3形式要素与视觉造型
附录Ⅰ 曲面理论的基本概念
附录Ⅱ 测地曲率与测地线
附录Ⅲ 悬链面的表面积公式
参考文献
大跨空间结构是目前发展最快的结构类型。大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。本文就空间网格结构和张力结构两大类介绍了国内外（但主要是国外）空间结构的发展现状和前景。对这一领域几个重要理论问题，包括空间结构的形态分析 理论、大跨柔性属盖的动力风效应、网壳结构的稳定性和抗震性能等问题的研究提出了看法。
一、概 述
在这实际的三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。与此同时，无法进行简单分解的真正意义上的空间体系也始终没有停止其自身的发展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现出大自然的美丽和神奇。空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当跨度增大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系。
近二十余年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如 1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”（Superdome），直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；现在这一地位已被1993年建成夏径为222m的***福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1／3或开启2
／3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。70年代以来，由于结构使用织物材料的改进，膜结构或索-膜结构（用索加强的膜结构）获得了发展，美国建造了许多规模很大的气承式索-膜结构；1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，也采用这种结构技术尤为先进，其近似圆形平面的直径为204m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（Geogia Dome，1992年建成）采用新颖的整体张拉式索一膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。
由于经济和文化发展的需要，人们还在不断追求覆盖更大的空间，例如有人设想将整个街区、整个广场、甚至整个山谷覆盖起来形成一个可人工控制气候的人聚环境或休闲环境；为了发掘和保护古代陵墓和重要古迹，也有人设想采用超大跨度结构物将其覆盖起来形成封闭的环境。目前某些发达国家正在进行尺度为300m以上的超大跨度空间结构的设计方案探讨。
可以这样说，大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。国际《空间结构》杂志主编马考夫斯基（Z.S.Makowski）说：在60年代“空间结构还被认为是一种兴趣但仍属陌生的非传统结构，然而今天已被全世界广泛接受。”从今天来看，大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
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世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。例如，早在20年前美国土木工程学会曾组织了为期 10年的空间结构研究计划，投入经费 1550万美元。同一时期，西德由斯图加特大学主持组织了一个“大跨度空间结构综合研究计划”，每年研究经费100万马克以上。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。国际壳体和空间结构学会（IASS）每年定期举行年会和各种学术交流活动，是目前最受欢迎的著名学术团体之一。
我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多，空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化，相应的理论研究和设计技术也逐步完善。以北京亚运会（1990）、哈尔滨冬季亚运会（1996）、上海八运会（1997）的许多体育建筑为代表的一系列大跨空间结构——作为我国建筑科技进步的某种象征在国内外都取得了一定影
响。
种种迹象说明，我国虽然尚是一个发展中国家，但由于国大人多，随着国力的不断增强，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛，而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。这是我国空间结构领域面临的巨大机遇。
但与国际先进水平相比，我国大跨空间结构的发展仍存在一定差距。主要表现在结构形式还比较拘
谨，较少大胆创新之作，说明新颖的建筑构思与先进的结构创造之间尚缺乏理想的有机结合，尤其是150m以上的超大跨度空间结构的工程实践还比较少；结构类型相对地集中于网架和网壳结构，悬索结构用得比较少，而一些有巨大前景的新颖结构形式如膜结构和索-膜结构、整体张拉结构、可开合结构等在国外已有不少成功的工程实践，在我国则还处于空白或艰难起步阶段。情况看来是，我国空间结构的发展经过十余年来在较为平坦的草原上的驰骋之后，似乎遇上了一个需要努力跃上的新台阶。这一新台阶包含材料和生产条件等技术问题，也包含尚未很好解决的一些理论问题。为促进我国空间结构进一步的更高层次的发展，有待科技工作者和企业家努力创造条件，以求得这些技术问题和理论问题较快较好地解决。
大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩，习惯上分为如下这些类型：钢筋混凝土薄壳结构；平板网架结构；网壳结构；悬索结构；膜结构和索－膜结构；近年来国外用的较多的“索穹顶”（Cable Dome)实际上也是一种特殊形式的索－膜结构；混合结构(Hybrid Structure)，通常是柔性构件和刚性构件的联合应用。
在上述各种空间结构类型中，钢筋混凝土薄壁结构在50年代后期及60年代前期在我国有所发展，当时建造过一些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳，在理论研究方面还投入过许多力量，制定了相应的设计规程。但这种结构类型日前应用较少，主要原因可能是施工比较费时费事。平板网架和网壳结构，还包括一些未能单独归类的特殊形式，如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多
跨框架式网架结构等，总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快，且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用，可总称为张力结构。这类结构富有发展前景。下面按这两个大类简要介绍我国空间结构的发展状况。
大跨度钢结构和索膜结构作为大型公共建筑的主要受力部分和新型屋面系统，其质量直接影响到建筑物的安全和使用功能。本文仅结合上海体育场、浦东国际机场、虹口
足球场、上海新国际博览中心等工程的监理实践，对大跨度钢结构和索膜结构施工质量控制的几个主要方面进行一些讨论。
⑴ 对桁架钢构件制作质量的控制
① 对于钢构件制作的胎架划线和搭设尺寸、钢构件拼装时的基准线和定位方式等进行严格检查控制。
② 钢构件拼装检查应在制作焊接完成后自由状态下进行。应按每榀构件拼装胎架中每一支点的三维空间位置验收结构尺寸。
⑵ 钢结构焊接
① 对于施工单位首次焊接的钢种，一定要进行焊接工艺评定，并制定相应的焊接工艺。
② 监理一定要抓住对焊工合格证的检查。检查内容应包括：母材及焊材种类、焊接位置、焊工合格证的有效期。
③ 严格把住接头装配质量关。接头的装配质量包括：坡口质量，根部间隙，对口错边量等几个方面。
④ 当焊接表面潮湿、有油污，焊接环境温度过大或焊接部位受风、雨、雪直接侵袭时，都无法保证焊出高质量的焊缝，特别是焊低氢焊条时更容易出现问题，施工单位应在工艺方案及对焊工进行施工交底时明确。
⑤ 焊接过程中为减少焊接应力，防止产生焊接裂纹，应严格按照标准规定要求对焊接部位进行预热，在整个焊接过程中应随时加热以保证焊缝道间温度并一次焊完一条焊缝，在焊接完成后应及时按标准要求进行后热。
⑥ 对设计及国家规范要求探伤的焊缝，应对每条焊缝按比例要求进行无损探伤。检验位置及长度由质检人员指定并书面通知NDT人员。检验后NDT人员应出具探伤报告，探伤报告应标明探伤的具体部位。
焊缝完成后质检人员及时按设计和GB50205等标准要求进行外观检查和无损检验，不合格部分及时通知焊工返修(返修焊缝工艺也必须是评定合格的)。
⑶ 钢结构安装质量控制
① 安装前，施工单位应对构件的产品合格证、设计文件与预拼装记录进行检查，并复验记录构件的尺寸。钢结构的变形、缺陷超出允许偏差时，应进行处理。
钢结构安装前，应编制详细的测量和矫正工艺，厚钢板的焊接应在焊接安装前心Ｄ獠方峁沟墓ひ帐匝椋嘀葡嘤Φ氖┕すひ铡６云醋昂玫奈菁苡υど枰欢ǖ钠鸸岸取?/DIV>
② 钢结构吊装就位后，应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢浪索以使钢屋架在施工过程中安全稳定。
③ 钢结构安装时，施工单位应提交每榀构件吊装后的标高尺寸、焊接、涂装等分别向监理提交验收。
爱赛为⑷ 高强螺栓施工质量控制
① 对于通过高强螺栓进行连接的钢结构，制作时必须首先注意高强螺栓摩擦面的加工质量及安装前的保护，并
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