荷載效應(yīng)分析 

北京地區(qū)，基本雪壓為0.4kN/m2，基本風(fēng)壓為0.45kN/m2，風(fēng)振系數(shù)取1.2，體型系數(shù)采用封閉式落地拱形屋面，考慮了沿建筑縱向及橫向兩種風(fēng)向。

由于雪荷載作用方向向下，抵消了一部分充氣壓力，膜面張力減小，從而降低了膜結(jié)構(gòu)的剛度。因此，一般情況下空氣支承式膜結(jié)構(gòu)在暴雪來臨之前，需要提高充氣壓力至最大工作內(nèi)壓，本項目取650pa。而風(fēng)荷載在結(jié)構(gòu)大部分區(qū)域產(chǎn)生負(fù)壓，作用方向向上，荷載效應(yīng)與充氣壓力效應(yīng)一致，膜面張力疊加。因此，一般情況下空氣支承式膜結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)來臨之前雖然也需要提高充氣壓力，增加膜結(jié)構(gòu)剛度，避免結(jié)構(gòu)過大變形，但是不需要提高至最大工作內(nèi)壓，本項目取500pa。

荷載組合如下：(1) 1.20 恒載+1.0初始預(yù)張力+1.0最小工作內(nèi)壓200pa(2) 1.20 恒載+1.0初始預(yù)張力+1.0最大工作內(nèi)壓650pa(3) 1.00 恒載+1.0初始預(yù)張力+1.0強(qiáng)風(fēng)工作內(nèi)壓500pa(4) 1.20 恒載+1.0初始預(yù)張力+1.0最大工作內(nèi)壓650pa + 1.40活載工況（雪荷載）(5) 1.00 恒載+1.0初始預(yù)張力+1.0強(qiáng)風(fēng)工作內(nèi)壓500pa + 1.40風(fēng)載工況（縱向風(fēng)）(6) 1.00 恒載+1.0初始預(yù)張力+1.0強(qiáng)風(fēng)工作內(nèi)壓500pa + 1.40風(fēng)載工況（橫向風(fēng)） 

雪荷載作用下膜張力分布，縱風(fēng)向作用下膜張力分布，橫風(fēng)向作用下膜張力分布。可以看出，平面形狀為矩形的氣承式膜結(jié)構(gòu)在荷載作用下角部應(yīng)力較小、中央部分應(yīng)力較大。但這個項目有點特殊，因為在膜結(jié)構(gòu)一端與服務(wù)裙房相聯(lián)接，所以在聯(lián)接的角部應(yīng)力較大。這也是在節(jié)點設(shè)計時應(yīng)該注意的地方。本項目采用P類膜材，型號為8028，其抗拉強(qiáng)度為458 daN/5cm，厚度0.8mm。經(jīng)過單位換算，其對應(yīng)的膜材抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為22.9MPa。最大膜應(yīng)力為19.3MPa，滿足設(shè)計強(qiáng)度。

為雪荷載作用下膜結(jié)構(gòu)的變形圖，橫風(fēng)向作用下膜結(jié)構(gòu)的變形圖，縱風(fēng)向作用下膜結(jié)構(gòu)的變形圖。取的是結(jié)構(gòu)對稱軸上的一組節(jié)點繪制成的變形圖，實線為變形后的曲線，點劃線為變形前的曲線。可以看出，變形規(guī)律與拱類似。

在雪荷載作用下，頂部變形量最大，達(dá)535mm，為跨度的1/60。在橫向風(fēng)作用下，迎風(fēng)面變形最大為1355mm。目前國內(nèi)還沒有相應(yīng)的規(guī)范對此作出規(guī)定，故本項目以考查在雪荷載作用下不出現(xiàn)積雪凹坑為設(shè)計準(zhǔn)則。

氣承式膜結(jié)構(gòu)，無論是在初始狀態(tài)、還是在受荷狀態(tài)，膜面始終為張力狀態(tài)。因此膜結(jié)構(gòu)對支座的反力始終斜向上，不會產(chǎn)生壓力。

本項目經(jīng)過計算統(tǒng)計，膜結(jié)構(gòu)反力的包絡(luò)結(jié)果是：結(jié)構(gòu)縱向長邊，均布線荷載 Py=8.0KN/m、Pz=15.0KN/m；結(jié)構(gòu)橫向短邊，均布線荷載 Py=4.0KN/m、Pz=10.0KN/m；結(jié)構(gòu)橫向短邊與裙房連接處，均布線荷載 Py=4.0KN/m、Pz=10.0KN/m。

可以看出，氣承式膜結(jié)構(gòu)的支座反力較小，這也正是這種類型的膜結(jié)構(gòu)在某些情況下（例如場地條件苛刻、樓頂加層、短時應(yīng)用等等）被采用，所具有的一個巨大優(yōu)勢。