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          景觀膜結構膜材撕裂的問題分析及解決建議

            某景觀膜結構使用膜材為PTFE,這個膜工程造型由幾個傘狀物連在一起組成。膜結構整體撕裂,而且撕裂部位不是沿熱合線裂開,整個屋面像氣球爆裂,PTFE膜材這樣撕裂,應力集中肯定很高。梔桿頂部的殘余索膜毛邊是撕裂的,比較整齊的邊緣可能是拆膜時剪下來的。設計充分考慮了該地區的多雨和降雪,在屋面鋼構與膜連接四周做了天溝,并且膜是直接覆蓋在天溝邊界的,所以雨雪本不應在膜面產生堆積效應而導致膜面整體破裂,鋼構外形是兩個圓柱面相切。在左右兩個圓錐體單元沿著屋面兩端延展時,充分考慮了曲面平衡問題,提高了計算和設計強度,但沒有采取相應加強措施;膜材強度通常是由風載控制,如果施工過程中預應力施加不均勻有可能導致膜頂破壞;再有種可能就是PTFE膜被折過,膜里面玻璃纖維斷了,結構只在相鄰柱子間連有脊索而其他方向沒有,對于面積稍大的膜結構,這種方式顯然不行;環向應力抵抗的是上拔風,對于這種結構造型,由下壓風(與雪荷載同向)造成損壞的概率越大一些。

            初始撕裂位置是該景觀膜結構問題的關鍵,初始撕裂大多數是由微小口子引起的。撕裂強度要比拉伸強度低很多,很小的口子受載后就可能產生撕裂。如果膜張拉不正確,風的振動影響會使情況變的更糟糕。在裝配、折疊、運輸、展平、接縫、施工或張拉過程中對膜的錯誤操作都可能產生小切口,在風載下小切口可能不斷擴大,因此要定期檢查和維修張拉膜結構。

            與通常相反,膜材破裂很少發生在熱合縫處。如果膜材發生大面積撕裂,一般是沿正交方向,膜材沒有剪切剛度,一定是沿較大主應力方向。熱合縫往往并不與較大主應力方向一致。熱合縫的雙層區域的撕裂強度遠大于膜材其他位置的撕裂強度,即便在熱合縫附近產生初始裂縫,也一定沿正交方向發展。該景觀膜結構由多個相連的錐形單元所組成,對這種形狀的體系,膜沿徑向承受雪載等荷載時,同時在環向則承受風載作用。雪遇到相當光滑的膜面時就滑到膜的底部,而風可使雪進一步產生堆積,使膜的局部荷載系數達到2甚至5,此荷載由膜沿徑向來承受,如果膜結構沒有被徑向索拉緊,或根本沒有徑向索,膜結構低洼處的應力集中就會向錐頂部轉移,而不是由索來分擔,則膜就會從頂部撕裂。通常膜錐頂部撕裂會引起雪的移動,雪的移動又會引起荷載轉移。另外,膜結構周圍有剛性邊界,雪沿著普通屋面滑動到索膜處而被膜結構邊緣擋住,同時落到膜結構高處的雪也會滑下,使得局部膜應力很高,由于膜結構承受了突加大荷載,膜就可能產生大變形而接觸到尖利物體或繞拉索纏繞過多,使膜面產生小裂口,膜結構對突加荷載很敏感,因此會產生大面積撕裂。

            綜上所述,景觀膜結構的設計計算和施工中除要滿足規范和規定外還應特別注意∶荷載的聚集效應;小切口出現的原因;膜的主應力和膜的接合縫的關系;膜結構和相關鋼結構的連接關系;荷載的移動變化方向等問題,從概念上和構造上整體設計膜結構并使之越完善。

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