膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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、裁剪分析等四大問題。通過體形設(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。求得的形狀除了要滿足平衡外，還希望應(yīng)力分布均勻，大小合適，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強(qiáng)度很差，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)力來提高，對膜結(jié)構(gòu)而言，任何時(shí)候不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀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。

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膜結(jié)構(gòu)工程實(shí)例

2008年竣工的北京奧運(yùn)會場館“鳥巢”和“水立方”膜結(jié)構(gòu)采用ETFE膜材，是目前國內(nèi)很大的ETFE膜材結(jié)構(gòu)建筑，膜材采用進(jìn)口產(chǎn)品?！傍B巢”采用雙層膜結(jié)構(gòu)，外層用ETFE防雨雪防紫外線，內(nèi)層用PTFE達(dá)到保溫、防結(jié)露、隔音和光效的目的?！八⒎健辈捎秒p層ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)，共1437塊氣枕，每一塊都好像一個(gè)“水泡泡”，氣枕可以通過控制充氣量的多少，對遮光度和透光性進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效地利用自然光，節(jié)省能源，并且具有良好的保溫隔熱、消除回聲，為運(yùn)動(dòng)員和觀眾提供溫馨，安逸的環(huán)境。張拉膜結(jié)構(gòu)可使建筑師設(shè)計(jì)出各種張力自平衡、復(fù)雜且生動(dòng)的空間形式。

膜結(jié)構(gòu)在中國也不乏工程實(shí)例，其中規(guī)模很大、有影響力的膜結(jié)構(gòu)要數(shù)1997年竣工的上海八萬人體育場看臺罩棚張拉膜結(jié)構(gòu)工程。但該膜結(jié)構(gòu)為美國Weidlinger公司設(shè)計(jì)制作，由此也可以看出中國在該領(lǐng)域與國外先進(jìn)國家的差距很大。影響中國膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用的主要因素有：國產(chǎn)膜材料性能差，而進(jìn)口膜材料價(jià)格高；2008年北京奧運(yùn)會、2010年上海世博會和廣州亞運(yùn)會的舉行，以及各種類型的展覽館建設(shè)，使得我國迎來了膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展高峰期，這幾年間我國膜結(jié)構(gòu)建筑的建造規(guī)模擴(kuò)張非常迅速。尚無商業(yè)性的膜結(jié)構(gòu)計(jì)算南輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)；人們對膜結(jié)構(gòu)缺乏足夠的認(rèn)識等。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

（1）靜風(fēng)壓體型系數(shù)的確定

風(fēng)荷載體型系數(shù)是描述風(fēng)壓在結(jié)構(gòu)上不均勻特征的重要參數(shù)，一般結(jié)構(gòu)的體形系數(shù)可以從荷載規(guī)范查得。但膜結(jié)構(gòu)形狀各異，不能從荷載規(guī)范直接獲得風(fēng)壓體型系數(shù)。所以，較大的膜結(jié)構(gòu)基本都要求進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，以獲得比較正確的膜結(jié)構(gòu)的局部風(fēng)壓凈壓系數(shù)和平均風(fēng)載體形系數(shù)。膜結(jié)構(gòu)張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結(jié)構(gòu)（桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件）。由于風(fēng)洞試驗(yàn)要滿足一系列的相似準(zhǔn)則，如幾何相似、雷諾數(shù)相似等，通常要完全滿足這些相似條件是不可能的，因此風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)會超過實(shí)測值很多。