一种薄膜结构裁剪方法与流程

本发明涉及薄膜裁剪技术领域，特别是一种薄膜结构裁剪方法。

背景技术：

薄膜结构是一种建筑与结构结合的结构体系，实用性强、应用领域广泛。

由于薄膜结构经过找形分析后得到的表面一般为一个复杂、不规则的不可展空间曲面，且其是由有限元的离散节点构成的，同时，又由于膜材是一卷一卷存在的，并且有一定的幅宽。因此，存在一个如何将平面的膜材料拼接成空间曲面的裁剪设计问题。

目前，裁剪方法主要有几何法、极值法、杆单元（板单元）增量的有限元法、测地线法等多种方法。上述方法的主要问题有：第一，操作的灵活性较差；第二，膜材利用率较低；第三，实用性方面仍然有待提高；第四，裁剪方法不能广泛利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种薄膜结构裁剪方法，要解决施工现场所用薄膜面积大、薄膜裁剪困难，现有裁剪方式灵活度低、膜材利用率有限、误差大、实用性低、成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种薄膜结构裁剪方法，包括如下步骤：

步骤一，选择一块空间膜片，膜片的一条裁剪边事先已经确定；

步骤二，对空间膜片进行区域划分；

由几何学原理保证可将空间膜片a-e-i-m-q-r-n-j-f-b-a无误差的展开成平面膜片a1-e1-i1-m1-q1-r1-n1-j1-f1-b1-a1；从三角形abf开始向q、r方向展开；

步骤三，由b1f1无误差的得到g1，由f1j1无误差的得到k1，由j1n1无误差的得到o1，由n1r1无误差的得到s1；

步骤四，由f1k1无误差的得到g2，由j1o1无误差的得到k2，由n1s1无误差的得到o2；此时膜片在g1g2之间，k1k2之间，o1o2之间产生了裂缝；

步骤五，取g1，g2的中点g3作为空间膜片点g的展开点，k1，k2的中点k3作为空间膜片点k的展开点，o1，o2的中点o3作为空间膜片点o的展开点；连接c1-g3-k3-o3-s1，空间膜片又向前展开了一条；

步骤六，比较展开成平面后各个三角形单元的面积与空间三角形面积；

如果面积的误差在允许的范围内，则继续重复步骤二，进入下一阶段；

否则以c1-g3-k3-o3-s1作为裁剪线，将膜片裁开。

进一步，膜片结构的裁剪中进行徐变量的分析前，先进行模型试验，以确定此种膜材在初应力状态下经纬向的徐变量，得出此徐变量与试验膜材的百分比；在对膜进行实际下料时，应从平面裁剪图中扣除弹性收缩量，再扣除徐变量后得到裁剪图。

进一步，对焊接线有折线的地方进行光滑处理。

进一步，经展开得到的裁剪下料图中，需焊接在一起的两条边界长度不相等时，需进行调整。

进一步，裁剪时，膜片结构的边缘位置留有用于焊接缝所占用的宽度。

进一步，控制面积误差小于5‰。

进一步,薄膜面积为10m²-1000m²。

进一步,焊缝宽度为：20mm-80mm。

本发明的有益效果体现在：

1，本发明主要针对面积在1000m²一片的薄膜，剪裁困难所提出的一种操作方法简单、实用性强，将确定裁剪线和曲面展开结合起来进行，通过误差控制，满足工程所需的精度要求，达到了一次将尽可能大的膜曲面展开的目的，弥补了现有方法的不足，因而有很强的实用性和经济性。

2，本发明提供的一种薄膜结构裁剪方法，可以有效控制成本，误差小，具有较好的推广价值。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1a-1f是本发明的简易膜结构裁剪方法的一个空间曲面展开示意图；

图2是本发明的简易膜结构裁剪方法的流程图；

图3a、3b是本发明实施例1的结构外形尺寸；

图4a、4b是本发明实施例1经过找形分析后得到的找形图；

图5a、5b是本发明实施例1得到的最终裁剪图。

图6是实施例2外形示意图。

图7a是结构的平面图；

图7b是结构的立面图；

图8a-8h是最终形成的膜片裁剪图。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。

实施例1

如图1a-1f、图2所示，本例提出的一种简易膜结构裁剪方法，其膜结构为一花卉博览会的展厅，这是一个双伞形膜结构，该结构的外形尺寸如图3a和3b所示，结构经过找形分析后得到的找形图如图4a和4b所示。膜裁剪包括以下步骤：

1、选择一块较大的空间膜片，膜片的一条裁剪边事先已经确定。

2、从三角形abf开始向q、r方向展开。由几何学原理保证可将空间膜片a-e-i-m-q-r-n-j-f-b-a无误差的展开成平面膜片a1-e1-i1-m1-q1-r1-n1-j1-f1-b1-a1。

3、由b1f1无误差的得到g1，由f1j1无误差的得到k1，由j1n1无误差的得到o1，由n1r1无误差的得到s1。

4、由f1k1无误差的得到g2，由j1o1无误差的得到k2，由n1s1无误差的得到o2。此时膜片在g1g2之间，k1k2之间，o1o2之间产生了裂缝。

5、取g1，g2的中点g3作为空间膜片点g的展开点，k1，k2的中点k3作为空间膜片点k的展开点，o1，o2的中点o3作为空间膜片点o的展开点。连接c1-g3-k3-o3-s1，空间膜片又向前展开了一条。

6、比较展开成平面后各个三角形单元的面积与空间三角形面积。如果面积的误差在允许的范围内，则继续重复步骤二，进入下一阶段。否则以c1-g3-k3-o3-s1作为裁剪线，将膜片裁开。

最终分别将a、b膜片展开。按照控制面积误差5‰来计算，a、b膜片均可一次全部展开。其中a片膜的最终面积误差为2.675‰；b片膜的最终面积误差为4.25‰。形成的最终裁剪图如图5a和5b,其中图5b左右对称。焊缝宽度可以为20mm-80mm。

实施例2

本例提出的一种简易膜结构裁剪方法，其膜结构为深圳某景观建筑，这是一个有四个尖顶的膜结构，结构经过找形分析后得到的外形如图6所示，结构的平面、立面如图7a、7b所示。

1、根据结构对称性，将膜片分成左右两部分，取左半边进行进一步裁剪。

2、按照结构平面布局，将膜片分成a、b、c、d、e、f六块，并将每一块分别按照图2所示流程图进行裁剪。

3、对于a片膜，以①-⑩作为边界向②-⑨方向展开，此片膜可以一次展开成平面，面积误差为。

4、对于b片膜，以②-⑨作为边界向④-⑦方向展开，当展开至③-⑧位置时，面积误差为，而超过③-⑧再前进一条时，面积误差达到了，于是将b膜于③-⑧位置裁断，将其分为b1与b2两部分。

5、对于c片膜，将其分为c1与c2两部分，对于d膜，以⑩-⑪作为边界向⑨-⑫展开；对于e膜，以⑨-⑫作为边界向⑦-⑭展开；对于f膜，以⑦-⑭作为边界向⑥-⑮展开。

6、最终将a、b1、b2、c1、c2、d、e、f膜片分别展开。按照控制误差为5‰来计算，所有膜片均可一次全部展开，最后的膜材利用率约为83%，基本上满足了工程经济性的要求。最终形成的膜片裁剪图如图8a-8h所示。

综上，本发明提供的剪裁方法可以用于施工中用到超大面积薄膜的剪裁，单片膜的面积一般是10平方以上。有时整块面积为几万平米，一般都是按照1000平米一篇的膜拼接起来的，每一千平米的膜都一样。本发明提供的剪裁方式可以有效控制成本，提高裁剪的准确度，减少浪费，具有较好的推广价值。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。