3D3S膜结构模块手册

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建筑索膜结构设计系统手册
第二章 快速入门
2.1 操作顺序
一、利用 AUTOCAD 本身的命令在三维空间确定膜控制点的 位置。右图为 ACAD 中 LINE 单线对象构成的定位图形； 二、使用膜层编辑，建立膜层。膜层中包括膜面和膜面内的
索（边索、脊谷 索等）。马鞍型结 构和锥体结构可 以采用快捷方式 直接生成，一般 结构体系可以采用结构编辑→膜层编辑→快 捷建模→多点构造膜面菜单生成。选中右图中 四个控制顶点，选择直接划分成膜单元，勾选索边界，这样软件可以直接生成周边带索的 膜面、程序自动定义每个角点的节点约束（通过显示支座约束来观察），用这个方法相当于 同时使用定义膜边界和膜单元划分两个命令； 三、使用结构编辑→支承层编辑→添加支承层杆件。在设计时需要考虑支承体系的刚度时， 可以用此菜单绘制膜结构支承层中的支承构件。沿已经使用 LINE 单线定出位的节点间增 加圆钢管（可以用选择线定义为杆件或直接画杆件命 令）；可以直接在添加杆件对话框的左侧属性框通过鼠标 双击修改截面类型和尺寸，也可以在完成构件添加后在 构件属性菜单下使用定义截面来选择需要的截面类型 和尺寸； 四、使用结构编辑→支承层编辑→添加支承层索，绘制 膜结构支承层中的拉索构件。使用添加支承层拉索菜单， 沿已经使用 LINE 单线定出位的节点间增加结构索；可 以直接在添加杆件对话框的左侧属性框通过鼠标双击修 改截面类型和尺寸，也可以在完成构件添加后在构件属性菜单下使用定义截面来选择需要 的截面类型和尺寸； 五、定义支座。使用构件属性→支座边界菜单，去除膜布四个角点原有的支座；使用构件 属性→支座边界菜单将支承层的杆件和拉索底部节点定义为刚性约束；删除用来定位的 LINE 单线（完成支承杆件添加后的模型如右上图）； 六、找形。先保存当前模型：在找形菜单下选择保存当前模型。使用找形→精确找形命令。
第四章 膜结构体系设计理论简介 .......................................................................................... 67 4.1 初始形态确定方法.......................................................................................................... 67 4.2 膜结构体系荷载效应分析.............................................................................................. 68 4.3 膜面的裁剪算法.............................................................................................................. 69
建筑索膜结构设计系统手册
目录
第一章 膜结构基本知识 ............................................................................................................ 4 1.1 膜结构概述......................................................................................................................... 4 1.2 膜结构设计原则................................................................................................................. 6
第六章 常见问题解答 .............................................................................................................. 89
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建筑索膜结构设计系统手册
1.1 膜结构概述
第一章 膜结构基本知识
第二章 快速入门 ........................................................................................................................ 7 2.1 操作顺序............................................................................................................................. 7 2.2 操作流程图......................................................................................................................... 9
第二章 膜结构模块菜单功能文字说明 .................................................................................. 10 3.1 结构编辑........................................................................................................................... 10 3.2 显示查询........................................................................................................................... 21 3.3 构件属性........................................................................................................................... 21 3.4 充气膜............................................................................................................................... 27 3.5 找 形................................................................................................................................ 37 3.6 荷载编辑........................................................................................................................... 42 3.7 荷载效应分析.................................................................................................................. 44 3.8 设计验算.......................................................................................................................... 57 3.9 膜裁剪.............................................................................................................................. 62 3.10 计算文本说明................................................................................................................. 66
第五章 建筑膜结构功能模块例题说明 .................................................................................. 75 5.1 例题 1：八边形膜结构建模............................................................................................ 75 5.2 例题 2：（含支承体系共同作用、软边界）.................................................................. 78 5.3 例题 3：（不含支承体系、硬边界）.............................................................................. 83
1.1.2 膜结构特点及要素
膜结构主要优点： 1) 自重轻，跨度大； 2) 造型自由，富于现代气息； 3) 经济效益明显,充分利用材料强度，结构效率高； 4) 施工方便，周期短； 5) 结构抗震性能好，一旦发生破坏也不会发生重大人员伤亡； 6) 透光好，节约人工照明耗能； 7) 自洁性，不易附着与渗透灰尘及脏污； 膜结构存在的缺点： 1) 膜材使用寿命有待提高； 2) 抵抗局部荷载能力较弱，需要定期维护； 3) 环保问题突出，目前使用的大多数膜材是不可再生的； 索膜结构的三要素： 1) 膜结构的形由高斯曲率决定； 2) 膜结构的态由结构预张力状态分布形成； 3) 膜结构必须要考虑结构的几何非线性效应；
1.1.4 膜材料
建筑膜结构的膜材，主要依据涂层材料分类： 1) PTFE 膜材：品质优越，价格较高，由聚四氟乙烯（PTFE）涂层和玻璃纤维基层复
核而成； 2) PVC 膜材：应用广泛，价格适中，由聚氯乙烯（PVC）涂层和聚酯纤维基层符合
而成； 3) 加面层的 PVC 膜材：优越于 PVC 膜材，价格略高，在 PVC 膜材表面涂几率偏氟
系； 3) 索系支承式膜结构：即索穹顶结构，由索系和压杆构成的预应力索杆体系为支承骨
架，并敷设张紧膜材的结构体系； 4) 空气支承式膜结构：包括气承式和气囊式膜结构，指利用膜片内外的空气压差来稳
定膜面，并承受外荷载的结构形式；
（a）整体张拉c）穹顶结构
（d）气承式膜结构
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1.1.3 膜结构分类
我国《膜结构技术规程》（CECS 158:2004）根据膜材及相关构件的受力方式将膜结构 分成四种形式：
1) 整体张拉式膜结构：指依靠膜本身的预张力与拉索、支柱共同作用构成的结构体系； 2) 骨架支承式膜结构：指以刚性结构为承重骨架，并在骨架上敷设张紧膜材的结构体
1.1.1 膜结构概念
索膜结构是一种新型空间结构形式，代表着当今建筑技术与材料科学的发展水平，是 艺术与技术的完美结合物，其设计分析中最主要的过程为：找形分析、荷载分析及裁剪分 析。3D3S 建筑索膜模块的研发理念正是力致于实现并简化这一重点、难点问题，采用前 沿的设计理念，力致于推动索膜结构规模化、艺术化的进一步提升与发展。
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乙烯（PVDF）或聚氟乙烯（PVF）而成；
1.2 膜结构设计原则
膜结构的设计计算应包括：初始形态分析、荷载效应分析与裁剪分析； 1)初始形态分析 即找形，指确定结构的初始曲面形状及相应的初始预应力分布。初始形态分析应满足 边界条件和合理预张力的要求，并满足建筑造型和使用功能的要求，3D3S 提供非线性有 限元法和力密度法进行曲面找形。对于索膜与支承体系共同作用的结构提，在实际工程中 不一定可以找到最小曲面或者最小曲面不是设计者所希望得到的曲面，3D3S 可实现控制 寻找最小曲面，或者当最小曲面迭代次数很多仍然达不到给定精度时改找平衡曲面。在不 同迭代步后改找平衡曲面，可以得到不同的曲面形式。当然，迭代得越接近最小曲面，改 找的平衡曲面膜面应力分布越好。 2)荷载分析 指分析结构在荷载作用下的内力、位移情况。荷载效应分析，应在初始形态分析确定 的几何形状和预张力的基础上，考虑各种可能的荷载组合情况对膜结构内力和变形的影响。 当计算结果不能满足要求时，应重新确定初始形态。 3)裁剪分析 指将薄膜曲面划分成膜裁剪片并展开为平面裁剪下料图的过程。裁剪分析是膜结构设 计中的一个关键问题，裁剪下料图的准确与否直接关系到施工安装后的平整度，3D3S 提 供按平面或曲线切割法和测地线法进行裁剪。