球场膜结构设计中的荷载分析

球场膜结构设计中的荷载分析

球场膜结构设计中的荷载分析是找形分析的后续步骤，主要包括静力分析和动力分析。在经过初始形态分析确定几何形状，以及确定预张力的基础上，然后进行膜结构的荷载效应分析。在分析过程中应考虑各种可能的荷载组合情况对膜结构内力和变形的影响。通过荷载分析，可以检验找形后的球场膜结构在外荷载作用下是否安全。当计算结果不能满足要求时，应重新确定初始形态。

球场膜结构受到的力一般包括体积力与面力。风荷载与雪荷载等外部荷载属于面力，自重属于体积力。膜结构对风的动力作用十分敏感，在设计中必须考虑风的动力作用。计算膜的内力和位移时，应考虑风荷载的动力效应。对于形状较为简单的球场膜结构可采用乘以风振系数的方法考虑结构的风动力效应。

与形态分析类似，在荷载分析的研究过程中，一般采用的方法有动态松弛法、非线性有限元法、力密度法和能量法等。主要是计算球场膜结构在受到荷载影响的情况下，膜面的应力值是否还可以满足强度要求。同时，由于膜只能承受拉力，因此在荷载分析中要验算薄膜是否处于受压状态。国内外有不少关于此类问题的研究文献，大多采用其能承受多大应力值来判定膜材是否出现受压状态，若主拉应力小于0则处于受压状态，表示有褶皱出现。可以通过修正受压单元刚度来减小或忽略受压单元对整体刚度矩阵的作用，再重新回到原来的非线性方程组进行迭代求解。若迭代求解过程中计算不收敛，则证明由于应力重分布导致局部单元刚度不足，需重新进行找形。此时可以通过调整边界条件或预张力大小后重新进行结构的荷载分析。