球場膜結構的荷載分析及研究現狀

球場膜結構的荷載分析及研究現狀

球場膜結構的荷載分析是指，在找形計算的基礎上，研究索膜結構在不同外荷載（風荷載、雪荷載等）作用下，結構形態是否仍然合理，膜結構是否出現局部應力過小導致的松弛倒塌現象或者局部應力過大導致的膜材撕裂破壞。球場膜結構的設計計算過程中，荷載分析常常作為檢驗索膜結構預設預應力、預定的建筑形態以及相應的找形計算結果是否合理的重要依據。

由于球場膜結構受荷載后結構形態改變易于通過人工觀察判斷，目前荷載分析的研究重點集中在受荷載作用下膜結構體系的預應力分布上。根據荷載的類別分類，球場膜結構荷載分析研究現狀可以分為基于動力分析和基于靜力分析的兩大類。其中，動力分析研究的更多，主要是通過風洞試驗和數值模擬方法來考慮脈沖風荷載作用下，膜材與氣流之間的耦合作用。這種復雜的耦合作用會導致氣動彈性反應和可能的結構動力失穩現象。球場膜結構中膜材和索系自重較小，可不考慮地震作用。若膜結構的支承構件較大，支承體系在地震荷載作用下的慣性力不能被忽略時，需要考慮其地震作用。靜力分析主要采用模型試驗和數值模擬的方法來考慮常遇風荷載和雪荷載對結構的影響。

1992年，Kassem等首先進行了充氣膜結構的氣彈模型試驗，雖然是對充氣膜結構進行了模型試驗，但是其試驗方法和參數分析方法也對張拉式球場膜結構的風洞試驗具有重大的示范意義。唐喜系統地介紹了球場膜結構設計時風荷載和雪荷載取值的確定方法，然后對某典型張拉膜結構做算例分析，就雪荷載分布系數以及膜材料參數對膜結構荷載分析的影響做了參數分析。賴達東以基于協同分析的球場膜結構找形結果為基準，對比未協同找形的計算結果，研究了結構受荷載后預應力分布情況，驗證在設計中引入索膜協同分析的必要性。