一 湖南邵阳膜结构建筑体育场馆项目介绍

膜结构工程名称: 湖南邵阳膜结构建筑体育场馆选德国进口卡斯蒂诺膜材KS1300

膜结构建筑地点: 湖南省邵阳市

膜结构结构形式: 复合式张拉膜

膜结构骨架材质: Q345B ETFE

钢结构设计规范: GB50017-2017

钢结构设计软件: 3D3S_MIDAS_MSDD

膜结构设计规程: CECS158:2015

膜结构设计软件: EASY_FORTEN_WDDA

邵阳膜材料品牌: 德国进口卡斯蒂诺膜材

邵阳膜材料型号: KS1300

二 PVDF膜结构材料的特点

三 德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材KS1300有以下六大特点:

（1）耐用：德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材 的织物基材为聚酯纤维或玻璃纤维素，从力学的角度上来讲织物材料具有极强的抗拉强度，抗撕裂强度，还具有耐热性、耐久性、和防火性，外表涂层还具有耐候性、耐水性、防污性、加工性、透光性。 耐酸耐盐雾极高，耐用年限可以达到15~25年左右，被业界称为最耐用的膜材。

（2）轻盈: 德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材本身极轻，重量仅为常规钢屋的三十分之一，降低了基础成本，建筑条件极为方便。

（3）透光率强： 德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材的透光率仅为5%，而PVDF膜材透光率高达25%~30%。利用自然光大大节省了照明电费。德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材具有较高的阳光反射率从而使得隔热性能非常好。

（4）具有自我清洁能力： 德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材外表涂层不具有粘性，只要下大雨就可以冲刷表面的灰尘，还大大增加了膜材的使用寿命。

（5）柔韧性强：德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材具有柔韧性强的特点，使其方便拆卸，可塑性强，便于做出各种优美独特的造型。

（6）应用领域广泛：德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材具有良好的化学稳定性和耐久性，被广泛应用于大跨度大空间建筑，如煤棚、污水池封闭、停车棚、加油站、展馆、厂房、运动场、游乐场、景观等。

四 德国进口卡斯蒂诺中国总代理

代理膜材其他型号卡斯蒂诺膜材KX660PTFE膜材，卡斯蒂诺膜材K750PTFE膜材，卡斯蒂诺膜材K1050PVDF膜材，卡斯蒂诺膜材KS1000PVDF膜材，卡斯蒂诺膜材KS1150PVDF膜材，卡斯蒂诺膜材KS1300PVDF膜材，卡斯蒂诺膜材KE1150PVDF膜材，卡斯蒂诺膜材E250ZETFE膜材，卡斯蒂诺膜材E200ZETFE膜材，卡斯蒂诺膜材E250BETFE膜材，卡斯蒂诺膜材E250PETFE膜材，德国进口卡斯蒂诺PVDF膜材KS1300膜材性能参数见下图

五 湖南邵阳膜结构建筑体育场馆初始形态分析

初始形态分析的目的是确定邵阳膜结构在给定边界和预张力条件下的初始平衡曲面，为后续的荷载效应分析和裁剪分析提供准确计算模型。初始形态分析是一般工程分析的反问题，是个由给定“态”来求对应“形”的过程，因此也常被称为找形(formfinding)。湖南膜结构的找形方法主要有物理模型法和数值分析法。

1．1．1物理模型找形法

物理模型法是利用肥皂膜、橡胶膜等可形成纯张力作用的柔性材料模拟实际湖南膜结构的工作状态，通过调整边缘构件f如铁丝、木棍等)的支承位置和支承方式，获得理想的建筑形状；再通过对模型观测，确定真实结构的形状和内力。此类方法在邵阳膜结构发展初期采用较多，德国建筑师Otto在这方面进行了很多开创性的工作『3】。他不仅根据模型实验设计了联邦花园帐篷、蒙特利尔世博会德国馆、慕尼黑奥运会主体育场等一系列实际工程，而且研究了结构的极小曲面、最短传力路径和自主构形等问题。物理模型法的优点是形象、直观，且便于对边界条件进行调整，一些利用数学方法很难求解的问题，利用模型方法却很容易实现。当然，这种方法的缺点也是明显的，不仅模型制作要花费大量的人力物力，而且很难将实验结果精确推广到实际结构中，这里面既有测量手段方面的问题，也与某些相似比很难同时满足有关。虽然物理模型方法现在已很少直接用于实际工程设计，但是在湖南膜结构科研和教学方面，仍不失为是一种探索邵阳膜结构形态规律的有效手段。

1．1．2数值分析找形法

随着计算机和结构分析技术的发展，数值方法已成为邵阳膜结构找形的主要方法。其中，以力密度法、动力松弛法和非线性有限元法应用最为广泛。力密度法(ForceDensityMethod)是由Linkwitz及Schek[4-5]于20世纪70年代提出的一种用于索网结构的找形方法。后来，Grundig等L6j学者针对邵阳膜结构特点引入极小曲面概念，发展完善了该方法。由于力密度法只需要给出几何拓扑、力密度值和边界

节点坐标，即可建立关于节点坐标的线性方程组，求得各节点的真实坐标，因此计算速度较快，且避免了初始坐标问题和非线性收敛问题。该方法的缺点是没有考虑大变形的影响，得到的初始位形可能误差较大，此外力密度值的设定对计算结果准确性影响较大，往往需要多次试算。针对上述问题，国内外学者提出了一系列改进方法，如面密度法J、改进力密度法]、混合力密度法J等。

动力松弛法(DynamicRelaxationMethod)是20世纪60年代由Day[J提出的一种求解非线性问题的数值方法，此后经过ToppinglJ、Wakefield_J、Lewis[]和Bames『14】等的研究和发展，被成功应用于索网及邵阳膜结构的找形中。动力松弛法的基本原理是，将结构离散为单元和结点，在假定的初始形状下给定应力分布，形成结构内不平衡力，在不平衡力的驱动下结构会产生运动(假定系统阻尼为零)；当体系的动能达到最大值时，表明结构接近平衡位置，此时将所有结点速度设为零(相当于施加了人工阻尼1；结构在新的位置重新开始运动，重复上述过程，直到不平衡力极小，达到静力平衡状态。动力松弛法的特点是可以从任意假定的不平衡状态开始迭代，不需要形成结构总刚度矩阵，节约内存，便于处理索单元松弛、膜单元皱褶及各种边界约束情况。其缺点是计算稳定性和收敛速度受多种因素影响，参数确定带有较大的经验性；当初始假设曲面和最终曲面差别较大时，会导致收敛速度很慢，并且可能出现较为严重的网格畸变。针对上述问题，国内外学者提出了多种改进方法_J卜J。

非线性有限元法(NonlinearFiniteElementMethod)在20世纪70年代由Haug和Powell[~9]首次应用到索湖南膜结构的找形分析中。之后，AigyrisL2UI提出了一种从平面状态开始，通过逐步改变控制点坐标并经平衡迭代求得相应形状的找形方法；Nishimura[21]等提出了采用广义变分原理结合有限元离散来分析湖南膜结构的方法。非线性有限元法是目前国内应用最多的一类方法，其优点是计算精度高，便于通过对各种有限元软件的二次开发来实现；但存在易出现网格畸变、收敛速度较慢等问题。