上海市皓骏膜结构有限公司

膜结构设计
膜结构的设计主要包括体形设计、找形分析、荷载分析、裁剪分析等
四大问题。 
  1)通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量，确定
各控制点的坐标、结构形式，选用膜材和施工方案。
  2)找形分析又称为初始形态分析，主要内容是寻找并确定一个满足膜
内力平衡条件同时又接近设计者预想造型的曲面。由于膜材料本身没有抗
压和抗弯刚度，抗剪强度也很差，因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲
率变化和其中预张应力来提高，对膜结构而言，任何时候不存在无应力状
态，因此膜曲面形状最终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的
力学平衡，并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。目前膜结构找形分析
的方法主要有动力松弛法、力密度法、以及有限单元法等。
  3)膜结构考虑的荷载一般是风载和雪载。在荷载作用下膜材料的变形
较大，且随着形状的改变，荷载分布也在改变，因此要精确计算结构的变
形和应力要用几何非线性的方法进行。荷载分析的另一个目的是确定索、
膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应
力减少，这就要求施加初始张应力的程度要满足在最不利荷载作用下应力
不致减少到零，即不出现皱褶。
  4)剪裁分析就是在预应力状态下的曲面形体上寻求合理的裁剪线位置
及其分布，然后按照一定的方法将三维曲面展开为二维平面。因为膜材料
比较轻柔，自振频率很低，在风荷载作用下极易产生风振，导致膜材料破
坏，如果初始预应力施加过高，膜材徐变加大，易老化且强度储备少，对
受力构件强度要求也高，增加施工安装难度。
  因此初始预应力的确定要通过荷载计算来确定。经过找形分析而形成
的膜结构通常为三维不可展空间曲面，如何通过二维材料的裁剪，张拉形
成所需要的三维空间曲面，是整个膜结构工程中最关键的一个问题，这正
是裁剪分析的主要内容。
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