膜結(jié)構(gòu)的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,檢查結(jié)構(gòu)在荷載組合下的強(qiáng)度、剛度是否滿足預(yù)定要求的過程;膜結(jié)構(gòu)的荷載分析基本上都采用非線性有限元法,即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點(diǎn),單元與單元通過結(jié)點(diǎn)相連,外荷載作用在結(jié)點(diǎn)上,通過建立結(jié)點(diǎn)的平衡方程,獲得求解, 膜結(jié)構(gòu)輕、柔、飄的特點(diǎn)決定了膜結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的內(nèi)容也有自身特點(diǎn)。
給定預(yù)應(yīng)力分布的形狀確定問題,預(yù)先假定膜結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的分布情況,再根據(jù)受力合理或經(jīng)濟(jì)原則進(jìn)行分析計(jì)算,得到膜的初始幾何狀態(tài)。
給定幾何邊界條件的形狀確定問題:預(yù)先確定膜結(jié)構(gòu)的幾何邊界條件,然后計(jì)算分析預(yù)應(yīng)力分布和空間形狀, 常用的計(jì)算機(jī)找形方法有:力密度法、動(dòng)力松弛法、有限元法。
靜風(fēng)壓體型系數(shù)的確定 風(fēng)荷載體型系數(shù)是描述風(fēng)壓在結(jié)構(gòu)上不均勻特征的重要參數(shù),一般結(jié)構(gòu)的體形系數(shù)可以從荷載規(guī)范查得,但膜結(jié)構(gòu)形狀各異,不能從荷載規(guī)范直接獲得風(fēng)壓體型系數(shù)。
所以,較大的膜結(jié)構(gòu)基本都要求進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn),以獲得比較正確的膜結(jié)構(gòu)的局部風(fēng)壓凈壓系數(shù)和平均風(fēng)載體形系數(shù),由于風(fēng)洞試驗(yàn)要滿足一系列的相似準(zhǔn)則,如幾何相似、雷諾數(shù)相似等,通常要滿足這些相似條件是不可能的,因此風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)會(huì)超過實(shí)測(cè)值很多。
脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的確定 膜結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移較大,結(jié)構(gòu)位形的變化會(huì)對(duì)其周圍風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響,所以膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)動(dòng)力響應(yīng)過程是流固耦合過程。
這種動(dòng)力過程的風(fēng)洞試驗(yàn)須采用氣動(dòng)彈性模型,因此實(shí)現(xiàn)起來難度較大,近年來發(fā)展的“數(shù)值風(fēng)洞”受到越來越多的重視,簡(jiǎn)單的說就是將計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)合起來,用計(jì)算流體力學(xué)來模擬結(jié)構(gòu)周圍的風(fēng)場(chǎng),用計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)來模擬膜結(jié)構(gòu),再借助某些參數(shù)的傳遞來實(shí)現(xiàn)兩者之間的耦合作用,不過,該方法還處試驗(yàn)階段。