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膜结构的风损事故以及防范

膜结构的风损事故以及防范

作者:鼎峰膜结构  发布时间:2019-01-31 23:54    浏览量:

膜结构是一种造型新颖、富有现代时尚气息的空间结构,工程形态优美,优点颇多。近年来我国膜结构设计及建造水平都已趋成熟,而在行业迅速发展的同时,一些膜结构局部缺陷如褶皱、积水甚至撕裂损伤等也相应出现,在一定程度上影响了膜结构的整体形象。有的工程由于设计、制作、安装不当给结构留下了安全隐患,在台风、暴雪自然灾害下很可能 引发不同程度的膜结构工程事故。

 

我国浙江、福建、广东沿海及海南、台湾为台风多发地区。前段时间台风“山竹”肆虐深圳,在遭受损害的公共设施中,就有为数不少的膜结构破损,如充气膜结构场馆倒塌、膜结构看台撕裂破损等。

强风作用下膜材撕裂在国外也曾多次发生,膜结构工程事故的发生主要与台风的强度直接相关,如一些台风登陆时的最大风速在60ms左右,即使在风速低于最大风速时,但由于台风的不确定性、复杂性,造成建筑物的破损也在所难免,这些工程事故也暴露出与膜结构工程设计及安装过程的不当直接相关,值得我们从中认真总结经验教训,以防后患。

风对结构物的作用是十分复杂的。当风绕过结构时,会产生旋涡和气流的分离,形成复杂的空气作用力。当结构刚度较大时,结构保持静止不动,当结构刚度较小时,结构震动收到激发,这时空气力产生动力作用,而动力作用可能激发风致振动。设计时应考虑当风速达到某一临界值时,结构振幅不断增大直至结构毁坏的自激振动(颤振等)。同时还应考虑低风速时所产生的限幅振动(涡激共振、抖振等)。此外长拉索因风雨作用也会产生较大幅度的振动。而膜结构自重轻、刚度小、自振频率低,是一种典型的风敏感结构,特别是一些开敞式或是有悬挑、体型变异较大的膜结构,这时风的动力作用不容忽视。

在进行膜结构设计时,风荷载往往是其主要控制荷载。在确定风荷载标值时,基本风压常根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(简称《规范》)给出的当地50年一遇的风压采用。为更准确的确定结构表面的风压分布系数,只有依赖于风洞模型试验。在做风洞试验时,应对风的速度剖面。自然风湍流、雷诺效应等进行较准确的模拟。由于膜结构属轻型结构,在风载作用下呈强几何非线性,受特征湍流影响大,风与结构的耦合作用不可忽略。因此有条件时应进行膜结构气弹模型试验,以获得更符合实际情况的风振特性、风压分布资料。但目前国内仅对伞形、鞍形、脊谷式膜结构的风压进行了一些研究,工作还有待深入。

进行结构设计时为考虑风荷载的动力效应,在确定风荷载标值时,还应考虑风振系数。《膜结构技术规程》规定,对骨架支承式膜结构的风振系数取1.2--1.5;对整体张拉式伞形、鞍形膜结构的取1.5--2.0。

 

膜面撕裂是在强风、暴雪、骤雨等恶劣天气下常易发生的一种破损现象。其主要原因是膜材虽具有较高的抗拉强度,足以承受经纬向所承受的张力,但其抗撕裂强度低,因此他们在撕裂方向的损远比直接受到拉伸的损坏严重得多。如果膜面由于局部应力集中略有破损,迅疾转变为撕裂力的作用,逐渐或瞬间切断一根或数根织物纤维后发生撕裂现象。因此设计中通过找形分析使膜面处于常受拉状态。《膜结构技术规程》规定,在第一类荷载效应组合下膜面不得出现松弛,各种荷载组合作用下的最小主应力值大于维持膜结构曲面形状所需的最小应力值,在第二类荷载效应组合下,膜面由于松弛而引起的褶皱面积不得大于膜面面积的10%。

安装中通过对膜面施加预张力,使膜面在给定几何形状和边界条件下张紧而获得抵抗外荷载的能力。但是由于膜面过于扁平、预张力施加不到位或膜材徐变导致膜面松弛等原因都有可能使膜面整体刚度降低,在强风作用下膜面出现大幅度的反复摆动,最终引起膜材的撕裂。连接松动、节点转动受约束或边索断裂等也会造成膜材的撕裂。膜面形状凹陷、膜材松弛引起的不均匀积雪、积水,施工过程中由于吊装、张拉不当而使膜面局部产生的应力集中,施工、实用过程中利物穿刺膜面等,都可能导致膜面的撕裂。

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