浅谈球场膜结构的找形分析方法

浅谈球场膜结构的找形分析方法

普通的球场建筑结构材料能够承受弯矩、压力和剪力，工程师可以依据球场建筑外观直接确定适合的结构形式，但是由于膜材料本身不能够承受弯矩和压力作用，几乎没有抗剪能力，因此必须对膜材施加预张力来获得相应的承载力。球场膜结构承载的特点是需要在外力以及内力的相互作用下维持稳定。在给定的边界条件下计算满足结构承载要求的膜的初始形态，我们称之为膜结构的找形。目前球场膜结构的找形分析主要用以下三种方法：动力松弛法、非线性有限元法和力密度法。

一、力密度法

力密度法是由Linkwitz 和Schek提出，后经Maurin和Motro 等人的继续研究和改进之后用于膜的找形分析之中，现已成为球场膜结构找形分析中的一种主要分析方法。力密度法是一种线性解法，它的基本思路就是将连续膜面转化成网面，将难以求解的连续曲面问题转化成为可以求解的线性问题，对各节点静力平衡方程组成的线性方程组进行求解，就能算得网面各节点的坐标。力密度法是一种相对简单且有效的模拟方法，计算精度在设计允许范围之内。

二、动力松弛法

1965年Day与Bunce提出用动力松弛法来分析索网结构。之后经过许多学者(Barnes为代表)的继续研究和改进，动力松弛法被广泛的运用于索膜型球场膜结构建筑的分析和研究。动力松弛法的找形分析结果的精确度要比力密度法的结果要高。

三、非线性有限元法

非线性有限元法刚开始是一种张拉索网结构常用的找形方法，1972年由Hag和Powell等应用到球场膜结构的找形之中，并证明了该方法的适用性和有效性。利用非线性有限元法得出膜结构的找形结果已经拥有了较高的精度。