球場膜結構設計中的裁剪分析

球場膜結構設計中的裁剪分析

裁剪分析是球場膜結構設計中的一個關鍵問題，其目的是將由找形分析得到并經荷載分析后符合要求的預應力狀態的膜材空間曲面剖分，然后轉換成無應力的平面下料圖，以便對市售膜材進行裁剪，再熱合成整體，通過施加預應力以張拉成設計曲面。裁剪下料圖的準確與否直接關系到施工安裝后的平整度，即形態分析所得的膜曲面與實際施工安裝后的曲面形狀是否相吻合，進而影響到球場膜結構荷載分析結果的準確性。

球場膜結構設計中裁剪分析通常包含如下三個步驟：一是將空間膜面剖分成空間膜條，膜條的邊界位置就是未來熱合縫之所在，膜條的更大寬度要小于擬用膜材的幅寬；二是將空間膜條展開成平面膜片；三是進行應力狀態向無應力狀態的轉換，亦即釋放預應力，進行應變補償。

球場膜結構設計中裁剪分析的方法主要有：物理模型法、力學模型法和幾何模型法等。與找形技術的產生及發展過程相類似，裁剪分析也是從量測肥皂模型、絲網模型物理模型開始的。現代概念上的裁剪分析，主要還是依賴于計算機技術的發展而發展的。在此過程中，各國學者提出了一些不同的方法，如測地線法、有限元法、優化分析法等等。每種方法都有其優點，但都有不同程度的近似，且不能完全適應復雜多變的幾何外形。從應用的角度來看，在球場膜結構設計中測地線法應用比較廣泛，測地線為空間曲面內任意兩點更短曲線，在切平面內展開為為直線。采用測地線裁剪膜片面積更小，膜纖維與主應力夾角更小，使用受力性能更好。