膜结构的设计与施工

膜结构建筑的结构计算通常由计算机完成，其复杂型体的整体空间作用和繁杂的抗风计算是从事一般建筑结构设计的工程师难以完成的。国外 各大从事膜结构建筑设计和安装的专业公司，都各自开发了大型的专业软件，但为了控制市场都严格保密。目前国内已经出现的诸如上海八万人体育场等少数膜结构建筑，也都是外国公司设计的。我国自行设计的大型膜结构还很少，国内也尚无成熟的理论计算方法及相应的计算设计程序，制约了膜结构在我国的发展、应用与研究。

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膜结构设计

膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四大问题。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。初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度，抗剪强度很差，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。

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膜结构设计步骤

膜面褶皱问题

结构上的褶皱（Drape）是指因膜面在一个方向上出现压应力导致膜材屈服而产生的褶皱现象，而结构松弛是指膜面在两个方向上都呈现无张力状态，故松弛的膜面不能承受任何荷载。褶皱判别的两种方法：（设拉为正、压为负）

（1）应力准则：若主应力σ2>0，膜结构建筑工程，膜元是张紧的；若σ2<0且σ2>0，膜元是褶皱的；若σ1<0，单元是松弛的。

（2）应变准则：若ε2>0，膜结构建筑工程造价，膜元是张紧的；若ε2<0且ε1>0，膜元是褶皱的；若ε1<0，单元是松弛的。在荷载分析中，在每一荷载增量步中对所有的单元进行逐一判别，如发现褶皱单元，可按以下方法处理：

（1）修元刚度：减小褶皱单元对结构总体刚度的贡献，即修改褶皱单元的刚度矩阵，从而减小自身的实际荷载分担，永仁膜结构建筑，结果是增加了相临单元的负担。

（2）修改结构刚度：回到找形阶段，对曲面进行修正，即通过修改局部区域的边界条件或调整预应力的方法来修正结构的刚度。

常用的膜结构几何非线性荷载分析软件有：美国ANSYS，膜结构建筑公司，德国EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英国InTENS等等。

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