膜構知識庫
中美膜結構設計的安全系數
我國《膜結構技術規程》CECS 158: 2015 將荷載效應組合分為第一類組合(組合中不含風荷載)、第二類組合(含風荷載工況),相應的膜材抗力分項系數也不同,分別為5和2.5。
其實這個抗力分項系數是由安全系數根據《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068及《建筑結構荷載規范》GB50009中的荷載分項系數1.2和1.4反推出來的?,F在,分項系數提高到1.3和1.5后,可以算出相當于我國膜結構設計的膜材安全系數是7.5(第一類組合)和3.75(第二類組合)。
美國《Tensile Membrane Structures》ASCE/SEI 55-16 有如下規定:
由β和Lt可以算出美國膜結構設計的膜材安全系數分別是:
組合1:1/(0.17*0.75)≈ 8,這相當于初始形態,我國規程沒有單獨對此做出規定。
組合2:1/(0.27*0.75)≈ 5,這個安全系數是基于美國規范中的雪荷載取值。對比中美規范雪荷載取值方法可知,美國規范對不均勻分布規定的比較詳細,雪荷載標準值在均勻分布時是一樣的。組合2相當于我國規程中的第一類組合??梢钥闯?,第一類組合的膜材安全系數,我國是7.5、美國是5。
組合3~5:1/(0.33*0.75)≈ 4,這個安全系數是基于美國規范中的風荷載取值。美國規范的基本風速是按3s時距統計的,我國是10min,因此這里有個基本風壓換算問題。
當然,風荷載標準值不僅與基本風壓有關,還與高度系數、體型系數、風振系數有關,兩國規范的系數互有高低,這里暫按乘積相同處理,僅考慮基本風壓換算后的安全系數:
1/(0.33*0.75*2.06*0.6)≈ 3.3。組合3~5相當于我國規程中的第二類組合??梢钥闯?,第二類組合的膜材安全系數,我國是3.75、美國是3.3。
另外,美國規程不僅分別驗算了膜材經向和緯向強度,還驗算了經緯向的組合強度。但膜面的經緯向應力一般不會同時最大,所以通常不是控制情況。
通過上面的簡單對比分析可以看出,換算成相同的雪荷載與風荷載標準值,膜材的安全系數我國規程要高于美國規程??紤]到生產、制作、安裝等環節的質量控制水平,我國適當提高安全系數,現階段也是合理的。