【钢构知识】膜结构的设计分析

　　目前环保压力非常的大，钢铁厂的料场、电厂的煤场、采煤企业的采煤堆放区域，采石场、水泥厂等等，都要环保封闭，有些业主需要采用膜来封闭：但在膜结构设计中，设计院应该做什么?

　　目前遇到的一些项目中，设计院通常把膜结构的设计和分析工作全部委托给膜结构公司。

　　究其原因可以概括为以下几点：

　　一是出于无奈;相对而言，大家对索膜结构不是很熟悉，经验比较少，所以做起来有些吃力，没有办法，只得委托给重庆膜结构公司。

　　二是缺乏分析手段;现在设计人员的学历都很高，很多人在读书期间的研究方向是膜结构，所以对膜结构的计算分析并不是问题，特别是大设计院更是如此，但是缺少相应的分析工具是普遍存在的问题。

　　三是不愿意做。这是国内设计院普遍存在的现象，对于难、烦、特殊的项目，多数情况下都是分包给公司和高校，而给设计人员留出更多的时间去做经济效益更大的项目。即使是国内几个设计院也是如此。

　　有时候委托给膜结构公司也不失为一个可行的办法，但是存在一些潜在的问题。

　　(1)膜结构公司基本上都是技术人员，而在建筑上偏弱，满足不了预定的设计意图;

　　(2)通常膜结构公司以施工为主业，设计水平明显低于设计院;

　　(3)大多数情况下膜结构公司以便于施工为目标，会降低工程的设计水平;

　　(4)设计院对膜结构设计和施工过程起不到控制作用，结构是否合理、施工是否满足设计要求无法进行有效的判别。

　　所以对于大型膜结构，设计院不能把整个设计工作完全委托给膜结构公司，而应该做一些必要的工作。根据目前遇到的两个工程案例：新密电厂、龙门钢厂的项目，我觉得设计院可以在以下几个方面多做些工作。

　　(1)根据建筑要求，提出设计目标;这个问题在工程中比较重要。建筑外形实际上是应该由建筑师提出的，而膜结构存在找形问题，所以建筑师往往要求结构工程师来定。但是找形又不是的，不同的内力分布就会找到一个不同的建筑外形，不同的形状直接影响到建筑的效果。值得提出的是，不同的建筑外形可能直接影响到工程的经济性。因为有些形状比较难实现，可能需要较大的预应力，带来的问题就是使用更多的材料和施工技术上的难度。所以，合理的建筑外形应该是由结构工程师和建筑师合作反复推敲确定的。

　　(2)给出荷载、边界等设计条件，控制设计过程;设计是设计院的强项，所以对于复杂膜结构，荷载取值、边界条件等设计条件应该由设计院来定，特别需要提出的是边界条件和风荷载，边界条件膜厂家基本都是假定边界条件为简支不动点，没有考虑结构的节点和结构的实际受力情况。

　　风荷载可能荷载规范上查不到相关数据，膜结构公司相对经验比较少，但设计院这方面经验储备多。合理确定风荷载取值，也是保证膜结构经济性的关键措施。

　　(3)给出力、位移等控制条件，控制设计目标;虽然我国有索结构和膜结构方面的规范和规程，但是相对而言，还不是很完善，对于一些特殊问题，比如膜片位移、拉索位移等具体问题，还需要设计人员查阅相关工程资料才能确定。这些细节，只能自己动手仔细研究，膜结构公司通常不会那么尽力。

　　(4)参与计算过程，采用不同的计算软件，并将计算结果与膜结构公司计算结果进行对比、校核;如果想了解和把握结构的受力性能，必须自己动手计算才行。现在的分析工具比较多，比如EASY、ANSYS、3D3S等，可以采用任何一款软件，将计算结果与膜结构公司的计算结果进行对比校核，这样才能保证计算结果的正确性。如果设计院确实没有计算能力，可以请第三方参与计算，毕竟，工程计算的正确性和合理性才是关心的。

　　索膜结构的设计和施工必须紧密结合，不能把施工和设计分离考虑。因为施工的可能性和可实施性直接决定设计结果和施工质量，所以设计中必须与膜结构公司加强联系，及时沟通。

　　设计对有关节点的受力要非常的清楚，同时要仔细查阅他们的加载情况

　　特别是节点区域的拉力平衡问题，如图中所示没考虑力的平衡，导致支座拉断

　　好的办法是设计过程中让膜结构公司提前参与计算。这样膜结构公司人员可以及时提醒设计中的不合理之处，重要的是设计人员可以随时请教膜结构人员，也可以对他们的设计提出优化方案。