某膜结构因雪荷载破坏的事故原因分析.docxVIP

第32卷第7期建 筑 施工BUILDINGCONSTRUCTIONVo1．32No．7某膜结构因雪荷载破坏的事故原因分析Failure Analysis of Som e Mem braneStructureCaused by Snow Load□陈 伟1杨宗林2罗晓群3张其林3（1、河南建筑职业技术学院郑州450007；2、同济大学建筑设计研究院有限公司上海200092；3、同济大学土木工程学院上海200092）【摘要】某膜结构因雪荷载而遭受破坏，据此，对膜结构在恒荷载和雪荷载组合下的进行了计算分析，从设计角度探讨其破坏的原因，以期对今后类似工程有所借鉴。【关键词】 膜结构 工程事故 雪荷载 计算分析【中图分类号】TU54/文献标识码B【文章编号】1004-1001（2010）07-0710-03膜结构建筑造型新颖，极富时代气息，因此在各地广场的结构小品和大型体育场馆、展览场馆、展厅等大空间结构建设中得到了广泛的应用。但在膜结构的设计、建造过程中，从造型设计、材料选用、构件设计、细部构造设计、裁剪设计，到加工制作、安装张拉以及建成后的使用维护等等，每一步骤中的错误或疏忽，都有可能影响到工程的质量，埋下事故的隐患，其中设计的失误更具隐蔽性和危害性。这里即有一膜结构工程受雪荷载破坏的例子，该工程位于郑州某地，是一露天舞台的罩棚，膜面展开面积 420m2。本文采用了同济大学3D3S-V10软件进行计算分析，探讨该膜结构破坏的原因，以期对类似工程的设计提供借鉴。1 工程概况该膜结构支撑体系由两个相距 18.5m的桅杆和周边的锚固点组成，前端两个锚固点是两个钢结构的三角架，后端锚固点由混凝土框架结构提供，钢桅杆底部固结连接在基础上，桅杆与前后锚固点通过钢索连接成稳定的结构体系，2009年1月膜结构边索滑脱，膜被大风刮破，于同年3月更换膜材修复，并在屋顶增加了一个支点。整个膜结构体系(见图1)。2009年11月中旬郑州大雪（积雪厚度达32cm），该膜结构又被积雪压垮，如果雪容重取1.3kN/m3，则雪荷载为0.416 kN/m2，超过荷载规范规定的 0.4 kN/m2 约4%，虽然气象部门称这是郑州50年一遇的大雪，但该结构的暴露出来的设计问题也应引起大家的重视。膜结构破坏后的照片(见图2)。2 计算分析【作者简介】陈 伟（1972-），男，硕士，工程师。联系地址：郑州市中原中路 199 号（450007）。图1膜结构结构体系图2膜结构被雪荷载破坏照片2.1 计算模型图3膜结构计算模型计算模型不考虑钢结构和膜共同作用，仅计算膜结构，计算模型见图3，计算分不考虑雪荷载堆积（情况1）和考虑雪荷载堆积（情况2堆积系数2.0，堆积区域分布见图2.1所示）两种情况。计算采用的膜材参数见表1。按《膜结构技术规程》（CECS158:2004）5.3.3条：fk【收稿日期】2010－06－12f=ξγR（1）7/2010陈伟、杨宗林、罗晓群、张其林：某膜结构因雪荷载破坏的事故原因分析第7期式中：f—对应于最大主应力方向的膜材抗拉强度设计值；fk—膜材抗拉强度标准值；ξ—强度折减系数；对处于一般部位的膜材ξ=1.0；对处于连接节点处和边缘部位的膜材ξ=0.75； γR—膜材抗力分项系数，对第一类荷载效应组合γR=5.0；对第二类荷载效应组合γR=2.5。由此得膜材的强度设计值：第一类荷载组合：径向 16.8 kN/m，纬向 16.4kN/m；第二类荷载组合：径向 33.6 kN/m，纬向 32.8kN/m；表 1 膜材材料性质密度g/m2抗拉强度径向/纬向N/5cm撕裂强度径向/纬向N总厚度mm9004200/4100450/4500.72.2 荷载及荷载组合荷载包括结构自重、预应力、雪荷载和施工荷载，所有活荷载按照50年一遇取值。膜材自重0.01kN/m2，雪荷载按照荷载规范取值0.4kN/m2；由于本次是考虑雪荷载对膜的破坏，所以没有考虑风荷载，预张力取值：膜经纬向均为2.5kN/m，前端边索 50kN，前侧边索 29 kN，后侧边索 18kN，后端边索21kN。计算考虑以下组合：（1）1.2（恒载+预应力）+ 1.4雪荷载（2）1.0（恒载+预应力）+ 1.0雪荷载3 计算结果分析3.1膜初始态找形结果分析按甲方提供的膜结构形状，确定的膜结构初始应力状态如图4所示，在给定形状的前提下，膜面的初始预张力是不均匀的，靠近桅杆节点的膜面最大主应力比较大，达到(a)膜面最大主应力(b)膜面最小主应力 图4膜面初始状态应力7.57kN/m。图5膜面等高线图的强度设计值为：径向 16.8 kN/m，纬向 16 kN/m，情况 1和情况2荷载组合1作用下膜面的应力分布分别见图6和图7，情况1膜面最大主应力为55.61kN/m，情况2