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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，膜元是张紧的；若ε2<0且ε1>0，停车棚，膜元是褶皱的；若ε1<0，单元是松弛的。在荷载分析中，停车棚造价方案，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，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，停车棚工程造价，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，德国EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英国InTENS等等。

膜结构设计步骤

一 形态确定

1.形状确定的概念

膜结构的形状确定问题就是确定初始状态的问题，在许多专著上被称为“找形”（FormFinding）。

膜结构的形状确定问题有两种类型：

（1）给定预应力分布的形状确定问题：预先假定膜结构中应力的分布情况，在根据受力合理或经济原则进行分析计算，以得到膜的初始几何状态。

（2）给定几何边界条件的形状确定问题：预先确定膜结构的几何边界条件，然后计算分析预应力分布和空间形状。肥皂泡就是合理的自然找形的膜结构。初的找形正是通过皂膜比拟来进行，后来发展到用其他弹性材料做模型，通过测量模型的空间坐标来确定形状，对于简单的外形也可以用几何分析法来确定，膜结构找形技术的真正发展来自计算机有限元分析方法的发展。为了寻求膜结构的合理的几何外形，需要通过计算机的多次迭代才能得到。

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