一種適合建筑的新材料的出現(xiàn)，必然引建筑結(jié)構(gòu)的革命，如歷史上的混凝土和鋼材，70年代以來(lái)，以歐美為中心發(fā)展起來(lái)的新型織物膜材，也是如此，用這種優(yōu)良的織物，輔以柔性或鋼性支撐，可繃成一個(gè)曲率互反，有一定剛度和張力的結(jié)構(gòu)體系。這種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式，集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料學(xué)與精細(xì)化工、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體，具有以下優(yōu)秀的特點(diǎn)：
1、造型的藝術(shù)性。它既能充分發(fā)揮建筑師的想象力，又能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件清晰受力之類。
2、良好的自潔性。膜建筑中采用具有防護(hù)涂層的膜材，可使建筑具有良好的自潔效果，同時(shí)保證建筑的使用壽命。
3、施工的快捷性。膜建筑工程中所有加工和制作均在工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行半成品組裝，因此施工簡(jiǎn)便快捷，施工周期短。
4、較好的經(jīng)濟(jì)性。由于膜材具有一定的透光率，白天可減少照明強(qiáng)度和時(shí)間，因而比較節(jié)約能源，降低了長(zhǎng)期使用費(fèi)用，同時(shí)夜間彩燈透射形成的絢爛景觀也能達(dá)到很好的廣告宣傳效益。
5、 結(jié)構(gòu)自重輕，非常適合于建造大跨度空間結(jié)構(gòu)。
膜結(jié)構(gòu)的分類
膜結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)受力特性大致可分為充氣式膜結(jié)構(gòu)、張拉式膜結(jié)構(gòu)（Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜結(jié)構(gòu)（Frame membrane strcture，Cable dome membrane structure）、組合式膜結(jié)構(gòu)（Compound membrane structure）等幾大類。
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充氣式膜結(jié)構(gòu)
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張拉式膜結(jié)構(gòu)
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骨架式膜結(jié)構(gòu)
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組合式膜結(jié)構(gòu)
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膜 應(yīng) 用 領(lǐng) 域：
★ 體育設(shè)施： 體育場(chǎng)、健身中心、游泳館、網(wǎng)球館、籃球館等。
★ 商業(yè)設(shè)施： 商場(chǎng)、購(gòu)物中心、大型會(huì)展場(chǎng)所、餐廳、酒店（挑檐）等。
★ 文化設(shè)施： 展覽中心、劇院、會(huì)議廳、博物館、植物園、水族館、音樂(lè)廣場(chǎng)等。
★ 交通設(shè)施： 機(jī)場(chǎng)、火車站、公交車站、收費(fèi)站、碼頭、加油站、天橋連廊等。
★ 工業(yè)設(shè)施： 工廠、倉(cāng)庫(kù)、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等。
★ 景觀設(shè)施： 建筑入口、標(biāo)志性建筑或景觀性小品、廣場(chǎng)休閑區(qū)、海濱娛樂(lè)休閑建筑、居住小區(qū)、游樂(lè)場(chǎng)、步行街、停車場(chǎng)、樓宇屋頂改造更新等。
與膜結(jié)合的結(jié)構(gòu)大約有下述幾類:
純鋼拱形結(jié)構(gòu)
采用傳統(tǒng)的梁柱系統(tǒng)，屋頂為圓拱式，柱梁間距一般為8m左右。
混凝土結(jié)構(gòu)主體加鋼拱
以上兩種最簡(jiǎn)單的膜結(jié)構(gòu)，依平面的形狀，如方形、菱形等，可有許多變化，拱的間距依使用的膜材強(qiáng)度、設(shè)計(jì)荷載、風(fēng)力等確定。
混凝土主體結(jié)構(gòu)加鋼索
脊素為上彎，位于膜布下面，谷索為下彎，位于膜上面。兩種鋼索的彎向相反張拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的張力，膜布中水平方向的張力直接張拉形成。
混凝土主體結(jié)構(gòu)加鋼柱
張拉式帳篷膜結(jié)構(gòu)
大型（跨度在200m以上）氣撐式膜結(jié)構(gòu)
用扁鋼作的鋼索加上膜布，可以做成大跨度的巨型屋頂。這種建筑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，經(jīng)濟(jì)效益高，無(wú)需維修。但因需常年維持封閉，進(jìn)出較不便，現(xiàn)己不再新建，但仍不失為一種好的結(jié)構(gòu)形式。由于膜結(jié)構(gòu)需要精確的設(shè)計(jì)及剪裁，以達(dá)到理想的效果，大衛(wèi)、蓋格和哥倫比亞大學(xué)的同僚邁克、馬克麥克和約塞夫、賴特共同開(kāi)發(fā)了非線性鋼索計(jì)算程式，為氣撐式大型膜屋頂工程設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。自1973年至1978年，在世界各地一連建造了12座氣撐式膜結(jié)構(gòu)大型室內(nèi)體育館，與同時(shí)期落成的其他球場(chǎng)比較，這些膜結(jié)構(gòu)的體育館不但價(jià)格便宜，而且施工快。面積40000m2的銀頂球場(chǎng)的屋頂只用了11.5個(gè)月即全部完成。為世界最大之室內(nèi)體育館。
鋼索穹頂
1980年左右，蓋格先生又創(chuàng)造了使用永久性結(jié)構(gòu)膜的新技術(shù)，這種新技術(shù)是基于工程哲學(xué)家巴克明斯特．富勒的理論。富勒認(rèn)為現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)都是在對(duì)抗地心吸引力，不斷地爭(zhēng)取壓力的連續(xù)性，但自然界并非如此。這是一項(xiàng)看似平淡，實(shí)則非常智慧的哲理，1983年他發(fā)表的文章中建議在結(jié)構(gòu)上逐步減少壓力的影響，而增加張力的作用，富勒將他的新觀念命名為“張力式”,英語(yǔ)是張力（Tension）和完整(Integrity）二字的合成。在這種理想的結(jié)構(gòu)中“壓力桿件是張力大海中的一個(gè)小島”。蓋格先生對(duì)富勒的哲理，則有更進(jìn)一步的解釋，他認(rèn)為“空間的跨越是由連續(xù)的張力索和不連續(xù)的壓力桿”完成的。在這一理論基礎(chǔ)上，他提出鋼索穹項(xiàng)由以下桿件組成：中央張力環(huán)經(jīng)由數(shù)目為四的倍數(shù)的脊索、環(huán)索、中繼斜拉索、壓力桿和斜拉索而到達(dá)壓力環(huán)梁，形成一個(gè)完整封閉的張力拱結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的新發(fā)展
一、 概述
空間結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)的形態(tài)呈三維狀態(tài)，在荷載作用下具有三維受力特性并呈空間工作的結(jié)構(gòu)。平板網(wǎng)架、網(wǎng)殼以及懸索結(jié)構(gòu)等空間結(jié)構(gòu)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)有，已為人們所熟悉。空間結(jié)構(gòu)與平面結(jié)構(gòu)相比具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛。特別是近年來(lái)，人們生活水平不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)、文化、體育等事業(yè)不斷進(jìn)步，大大增強(qiáng)了社會(huì)對(duì)空間結(jié)構(gòu)尤其是大跨度高性能空間結(jié)構(gòu)的需求。而計(jì)算理論的日益完善以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使得對(duì)任何極其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)成為可能。這些正是空間結(jié)構(gòu)能夠擴(kuò)大應(yīng)用范圍得以蓬勃發(fā)展的主要因素。近幾十年來(lái)，世界上建造了成千上萬(wàn)的大型體育館、飛機(jī)庫(kù)、展廳，采用了各類空間結(jié)構(gòu)，展示著優(yōu)美的造型，成為一道道風(fēng)景。更有無(wú)數(shù)的廠房、倉(cāng)庫(kù)等采用空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、合理的完美統(tǒng)一。
目前空間結(jié)構(gòu)向著輕量、大跨方向發(fā)展，這種發(fā)展趨勢(shì)要求必須千方百計(jì)降低結(jié)構(gòu)自重，降低結(jié)構(gòu)自重的途徑一方面是研制運(yùn)用輕質(zhì)高強(qiáng)的新型建筑材料，另一方面是研究開(kāi)發(fā)合理的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)受拉部位采用膜材或鋼索，受壓部分采用鋼或鋁合金構(gòu)件，這樣膜、索、桿結(jié)合使用，形成雜交結(jié)構(gòu)，可望實(shí)現(xiàn)理想的輕量大跨結(jié)構(gòu)。
張拉整體結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)是降低結(jié)構(gòu)自重的較理想的結(jié)構(gòu)體系，可跨越很大的跨度。目前跨度已做到200m左右。這兩種結(jié)構(gòu)我美國(guó)和日本發(fā)展最快，建造了很多大型工程。
另外適應(yīng)全天候氣候條件的開(kāi)合結(jié)構(gòu)、施工便捷的折疊結(jié)構(gòu)，以及外觀華麗扌度結(jié)構(gòu)等也都有屬于現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)新發(fā)展的課題。國(guó)外已有很多的工程應(yīng)用。下面對(duì)前面提到的幾種空間結(jié)構(gòu)分別予以論述。
二、張拉整體結(jié)構(gòu)
“張拉整體”（Tensegrity）概念是美國(guó)著名建筑師富勒（R.B.Fuller）的發(fā)明，這旨“張拉”（tensile）和“整體”（integrity）的縮合。一社概念的產(chǎn)生受到了大自然的啟發(fā)。富勒認(rèn)為宇宙的運(yùn)行是按照張拉一只析原理進(jìn)行的，即萬(wàn)有引力是一個(gè)平衡的張力網(wǎng)，而各個(gè)星球是這個(gè)網(wǎng)中的一個(gè)個(gè)孤立點(diǎn)。按照這個(gè)思想張拉整體結(jié)構(gòu)可定義為一組不連續(xù)的受壓構(gòu)件與一套連續(xù)的受拉單元組成的自支承、自應(yīng)力的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的剛度由受拉和受壓?jiǎn)卧g的平衡預(yù)應(yīng)力提供，在施加預(yù)應(yīng)力之前，結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有剛度，并且初始預(yù)應(yīng)力的大小對(duì)結(jié)構(gòu)的外形和結(jié)構(gòu)的剛度起著決定性作用。由于張拉整體結(jié)構(gòu)固有的符合自然規(guī)律的特點(diǎn)，最在限度地利用了材料和截面的特性，可以用盡量少的鋼材建造超大跨度建筑。
對(duì)于張拉整體結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)始于40多年前，從最初的設(shè)想到工程實(shí)踐大約經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：想象和幾何學(xué)、拓?fù)浜蛨D形分析、力學(xué)分析及試驗(yàn)研究。其中力學(xué)分析包括找形、自就歷程準(zhǔn)則、工作機(jī)理工科穩(wěn)步力作用下的性能等。張拉整體結(jié)構(gòu)的幾何形狀同時(shí)依賴于構(gòu)件的初始幾何形狀、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)（拓?fù)洌┘靶纬梢欢▌偠鹊淖詰?yīng)力的存在。另外這種結(jié)構(gòu)在外力作用下的變形（與自應(yīng)力的效果不同）也提出了其它結(jié)構(gòu)問(wèn)題，首先它屬于臨界類體系，結(jié)構(gòu)在外荷載過(guò)程中剛度不斷發(fā)生變化，傳力途徑也就隨之改變；其次這種結(jié)構(gòu)只能在考慮了幾何非線性甚至材料非線性時(shí)才能分析。
從50年代起，許多研究工作者都采用了靠想象的實(shí)用方法，如斯耐爾森（K.Snelson）的雕塑及莫瑞挪（Moreno）的設(shè)想等。最重要的幾何學(xué)上的工作是由富勒和埃墨瑞赤（D.G.Emmerich）完成的。加拿大的結(jié)構(gòu)拓?fù)溲芯啃〗M在形態(tài)學(xué)方面做了最重要的工作，他們出版的雜志包括了許多張拉整體體系拓?fù)浞矫娴奈恼拢@些研究都是數(shù)學(xué)上的，在三維空間上工程應(yīng)用的研究也只為警告設(shè)計(jì)者們?nèi)菀壮霈F(xiàn)的不穩(wěn)定方案。在大多數(shù)情況下，張拉整體多面體幾何的構(gòu)成特性使得圖形理論可以用來(lái)模型化它們的拓?fù)洹?/DIV>
張拉整體的找形分析為的是使體系的幾何形式滿足自應(yīng)力準(zhǔn)則。對(duì)于一個(gè)基本單元，可以用一種簡(jiǎn)單的靜力方法來(lái)獲得自應(yīng)力幾何，其原則包括尋找一個(gè)或一套元素的最大或最小和度，同時(shí)得到其它元素的尺寸條件。佩里哥瑞挪（S.Pellegrino）建議了用一種標(biāo)準(zhǔn)非線性程序解決這一問(wèn)題的方法。而一個(gè)基于虛阻尼的動(dòng)力松馳方法也得到了同樣的結(jié)果。
張拉整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析類似于預(yù)應(yīng)力鉸節(jié)點(diǎn)索桿網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，除了一些特殊的圖形外，都含有內(nèi)部機(jī)構(gòu)，呈現(xiàn)幾何柔性。為了研究的目的，除了一般的找形和靜動(dòng)力分析過(guò)程外，有時(shí)還用到一個(gè)中間過(guò)程：穩(wěn)定性、機(jī)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的研究。張拉整體體系的分析模型必須考慮非線性特性和平衡自就歷程的存在。莫赫瑞（Mohri）說(shuō)明了如何保證適當(dāng)?shù)淖詰?yīng)力及單元的剛度，還給出了識(shí)別與索提供的剛度相一致的自應(yīng)力狀態(tài)的算法。張拉整體結(jié)構(gòu)的靜力性能的非線性分析已經(jīng)完成，其模型基于松馳原理或牛頓-拉夫遜型過(guò)程的矩陣追趕法原理，有人也做了動(dòng)力松馳的模型。
斯耐爾森的極具藝術(shù)性的雕塑是體現(xiàn)富勒張拉整體思想的最早嘗試。這之后富勒、埃墨瑞赤、瓦爾耐（O.Vilnay）、莫特羅（R.Motro）、漢納（A.Hanaor）等創(chuàng)造了多種張拉整體結(jié)構(gòu)體系。目前在世界很多地方都有建造了藝術(shù)品性質(zhì)的張拉整體結(jié)構(gòu)，如法國(guó)的公園雕塑、華沙國(guó)際建筑聯(lián)合會(huì)前的自張拉空間填充體、荷蘭國(guó)家博物館前覆蓋的四棱柱張拉整體單體以及1958年富勒為布魯塞爾博覽會(huì)設(shè)計(jì)的一個(gè)有表現(xiàn)力的張拉整體桅桿等。
美國(guó)已故著名工程師蓋格爾（D.H.Geiger）為張拉整體思想的發(fā)展做出了極大貢獻(xiàn)。他在富勒創(chuàng)造的富勒張拉整體穹頂?shù)幕A(chǔ)上，發(fā)明了支承于周邊受壓環(huán)梁上的一種索桿預(yù)應(yīng)力張拉整體穹頂體系，即索穹頂，從而使得張拉整體的概念首次應(yīng)用到大跨度建筑工程中。1986年以他的名字命名的蓋格爾公司將索穹頂結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于漢城奧運(yùn)會(huì)的體操館（D=119.8m）和擊劍館（D=89.9m）。之后又相繼建成了美國(guó)伊利諾斯州大學(xué)的紅鳥(niǎo)體育館（橢圓91.4m×76.8m）及佛羅里達(dá)州的太陽(yáng)海岸穹頂（D=210m）。1992年在美國(guó)建造了世界上最大的索穹頂體育館—喬治亞穹頂（Georgia Dome），它是1996年亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)的主體育館，平面為橢圓形（193m×240m），這種雙曲拋物面型張拉整體索穹頂?shù)暮匿摿可俚昧钊穗y以置信，還不到30㎏/㎡.應(yīng)該看到蓋格爾發(fā)明的張拉整體索穹頂結(jié)構(gòu)源于富勒的張拉整體思想，屬于張拉整體體系的范疇，但由于它還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自支承、自應(yīng)力的原則，離開(kāi)下部受壓環(huán)梁則不能成立，故而可以說(shuō)徹底的大跨度張拉整體結(jié)構(gòu)還沒(méi)有建成。因此對(duì)于張拉整體結(jié)構(gòu)無(wú)論在理論分析方面還是施工技術(shù)及建筑材料方面都還有很多工作要做。
三、膜結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)（Membrane）是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，是由多種高強(qiáng)薄膜材料（PVC或Teflon）及加強(qiáng)構(gòu)件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過(guò)一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)可分為充氣膜結(jié)構(gòu)和張拉膜結(jié)構(gòu)兩大類。充氣膜結(jié)構(gòu)是靠室內(nèi)不斷充氣，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱之間），室內(nèi)外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實(shí)現(xiàn)較大的跨度。張拉摸結(jié)構(gòu)則通過(guò)柱及鋼架支承或鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美靈活。
膜結(jié)構(gòu)所用膜材料由基布和涂層兩部分組成。基布主要采用聚酯纖維和玻璃纖維材料；涂層材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材為聚酯纖維覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纖維覆聚聚四氟乙烯（Teflon）。PVC材料的主要特點(diǎn)是強(qiáng)度低、彈性大、易老化、徐變大、自潔性差，但價(jià)格便宜，容易加工制作，色彩豐富，抗折疊性能好。為改善其性能，可在其表面涂一層聚四氟乙烯涂層，提高其抗老化和自潔能力，其壽命可達(dá)到15年左右。Teflon材料強(qiáng)度高、彈性模量大、自潔、耐久耐火等性能好，但它價(jià)格較貴，不易折疊，對(duì)裁剪制作精度要求較高，壽命一般在30年以上，適用于永久建筑。
世界上第一座充氣膜結(jié)構(gòu)建成于1946年，設(shè)計(jì)者為美國(guó)的沃爾特。勃德（W.Bird），這是一座直徑為15的充氣穹頂。1967年在德國(guó)斯圖加特召開(kāi)的第一屆國(guó)際充氣結(jié)構(gòu)會(huì)議，無(wú)疑給充氣膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)在1970年大阪世界博覽會(huì)上。其中具有代表性的有蓋格爾設(shè)計(jì)的美國(guó)館（137m×7m8卵形），以及川口衛(wèi)設(shè)計(jì)的香腸形充氣構(gòu)件膜結(jié)構(gòu)。后來(lái)人們認(rèn)為70年大阪博覽會(huì)是把膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地、商業(yè)性地向外界介紹的開(kāi)始。大阪博覽會(huì)展示了人們可以用膜結(jié)構(gòu)建造永久性建筑。而70年代初美國(guó)蓋格爾-勃格公司（Geiger-Berger Associates）開(kāi)發(fā)出的符合美國(guó)永久建筑規(guī)范的特氟隆（Teflon）膜材料為膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于永久、半永久性建筑奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。之后，用特氟隆材料做成的室內(nèi)充氣式膜結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)在大中型體育館中，如1975年建成的密歇根州龐蒂亞克“銀色穹頂”（橢圓形220×159m），1988年建成的日本東京體育館（室內(nèi)凈面積4，6767㎡，）。
張拉形式膜結(jié)構(gòu)的先行者是德國(guó)的奧托（F.Otto），他在1955年設(shè)計(jì)的張拉膜結(jié)構(gòu)跨度在25m左右，用于聯(lián)合公園多功能展廳。由于張拉膜結(jié)構(gòu)是通過(guò)邊界條件給膜材施加一定的預(yù)張應(yīng)力，以抵抗外部荷載的作用，因此在一定初始條件（邊界條件和應(yīng)力條件）下，其初始形狀的確定、在外荷載作用下膜中應(yīng)力分布與變形以及怎樣用二維的摸材料來(lái)模擬三維的空間曲面等一系列復(fù)雜的問(wèn)題，都需要有計(jì)算來(lái)確定，所以張拉膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和新算法的提出。目前國(guó)外一些先進(jìn)的摸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作軟件已非常完善，人們可以通過(guò)圖形顯示看到各種初始條件和外荷載作用下的形狀與變形，并能計(jì)算任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，使找形（初始形狀分析）、裁剪和受力分析集成一體化，使得膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)便，它不但能分析整個(gè)施工過(guò)程中各個(gè)不同結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和膜中應(yīng)力，而且能精確計(jì)算由于調(diào)節(jié)索或柱而產(chǎn)生的次生應(yīng)力，完全可以避免各種不利荷載式?jīng)r產(chǎn)生的不測(cè)后果。因此計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為張拉膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。而特氟隆摸材料的研制成功也極大地推動(dòng)了張拉膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。比較著名的有沙特阿拉伯吉達(dá)國(guó)際航空港、沙特阿拉伯利雅得體育館、加拿大林德塞公園水族館、英國(guó)溫布爾登室內(nèi)網(wǎng)球館、美國(guó)新丹佛國(guó)際機(jī)場(chǎng)等。
膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括體形設(shè)計(jì)、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問(wèn)題。通過(guò)體形設(shè)計(jì)確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒(méi)有抗壓和抗彎剛度，抗剪強(qiáng)主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來(lái)提高，對(duì)膜結(jié)構(gòu)而言，任何時(shí)候不存在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀最終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行荷載分析和裁剪分析。目前膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動(dòng)力松馳法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要精確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進(jìn)行。荷載分析的另一個(gè)目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個(gè)方向應(yīng)力增加而另一個(gè)方向應(yīng)力減少，這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在最不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。因?yàn)槟げ牧媳容^輕柔，自振頻率很低，在風(fēng)荷載作用下極易產(chǎn)生風(fēng)振，導(dǎo)致膜材料破壞，如果初始預(yù)應(yīng)力施加過(guò)高，膜材涂變加大，易老化且強(qiáng)度儲(chǔ)備少，對(duì)受力構(gòu)件強(qiáng)度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過(guò)荷載計(jì)算來(lái)確定。經(jīng)過(guò)找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過(guò)二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個(gè)膜結(jié)構(gòu)工程中最關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題，這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。
膜結(jié)構(gòu)是一種建筑與結(jié)構(gòu)完美結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。它是用高強(qiáng)度柔性薄膜材料與支撐體系相結(jié)合形成具有一定剛度的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由輕巧、阻燃、制作簡(jiǎn)易、安裝快捷、能易于、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，因而使它在世界各地受到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)形式特別適用于大型體育場(chǎng)館、人口廊道、小品、公眾休閑娛樂(lè)廣場(chǎng)、展覽會(huì)場(chǎng)、購(gòu)物中心等領(lǐng)
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