中美膜结构设计的安全系数

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我国《膜结构技术规程》CECS 158: 2015 将荷载效应组合分为第一类组合（组合中不含风荷载）、第二类组合（含风荷载工况），相应的膜材抗力分项系数也不同，分别为5和2.5。

其实这个抗力分项系数是由安全系数根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068及《建筑结构荷载规范》GB50009中的荷载分项系数1.2和1.4反推出来的。现在，分项系数提高到1.3和1.5后，可以算出相当于我国膜结构设计的膜材安全系数是7.5（第一类组合）和3.75（第二类组合）。

美国《Tensile Membrane Structures》ASCE/SEI 55-16 有如下规定：

由β和Lt可以算出美国膜结构设计的膜材安全系数分别是：

组合1：1/(0.17*0.75)≈ 8，这相当于初始形态，我国规程没有单独对此做出规定。

组合2：1/(0.27*0.75)≈ 5，这个安全系数是基于美国规范中的雪荷载取值。对比中美规范雪荷载取值方法可知，美国规范对不均匀分布规定的比较详细，雪荷载标准值在均匀分布时是一样的。组合2相当于我国规程中的第一类组合。可以看出，第一类组合的膜材安全系数，我国是7.5、美国是5。

组合3~5：1/(0.33*0.75)≈ 4，这个安全系数是基于美国规范中的风荷载取值。美国规范的基本风速是按3s时距统计的，我国是10min，因此这里有个基本风压换算问题。

当然，风荷载标准值不仅与基本风压有关，还与高度系数、体型系数、风振系数有关，两国规范的系数互有高低，这里暂按乘积相同处理，仅考虑基本风压换算后的安全系数：

1/(0.33*0.75*2.06*0.6)≈ 3.3。组合3~5相当于我国规程中的第二类组合。可以看出，第二类组合的膜材安全系数，我国是3.75、美国是3.3。

另外，美国规程不仅分别验算了膜材经向和纬向强度，还验算了经纬向的组合强度。但膜面的经纬向应力一般不会同时最大，所以通常不是控制情况。

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通过上面的简单对比分析可以看出，换算成相同的雪荷载与风荷载标准值，膜材的安全系数我国规程要高于美国规程。考虑到生产、制作、安装等环节的质量控制水平，我国适当提高安全系数，现阶段也是合理的。