膜結構的設計主要包括那些內(nèi)容

膜結構的設計主要包括體形設計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設計確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點的坐標、結構形式，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。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強主芤很差，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應力來提高，對膜結構而言，任何時候不存在無應力狀態(tài)，因此膜曲面形狀終必須滿足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學平衡，并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。

膜結構找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結構考慮的荷載一般是風載和雪載。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，因此要計算結構的變形和應力要用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預張力。在外荷載作用下膜中一個方向應力增加而另一個方向應力減少，這就要求施加初始張應力的程度要滿足在不利荷載作用下應力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。

因為膜材料比較輕柔，自振頻率很低，在風荷載作用下極易產(chǎn)生風振，導致膜材料破壞，如果初始預應力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強度儲備少，對受力構件強度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預應力的確定要通過荷載計算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結構通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個膜結構工程中關鍵的一個問題，這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。

膜結構的特性及膜結構相關特點

一、建筑造型美麗

1、膜結構建筑是21世紀具代表性與充滿出路的建筑方式。

2、它打破了純直線修建風格的形式，以其獨有的美麗曲面造型，簡練、明快、剛與柔、力與美的組合，出現(xiàn)給人以耳目一新的感覺，一起給建筑設計師供給了更大的幻想和發(fā)明空間。

3、具有杰出的環(huán)保性、透光性、自清潔性，膜材外表選用PVDF(聚偏二氟乙烯)涂層、或二氧化鈦涂層，具有較好的隔熱作用

4、而透光率卻在20%以上，通過10年的太陽光直接照耀，其輝度仍能保存70%。

二、適合大跨度空間

膜結構中所運用的膜資料每平方壹公斤左右，因為自重輕，加上鋼索、鋼結構高強度資料的選用，與受力系統(tǒng)簡練合理——力大部分以軸力傳遞故使膜結構合適跨越大空間而構成開闊的無柱大跨度結構系統(tǒng)。

三、防火性與抗震性

1、膜結構建筑所選用的膜材具有杰出的阻燃性和耐高溫性，故能很好的滿意防火要求。

2、因為結構自重輕，又為柔性結構且有較大變形才能，故抗震功能好。

3、工期短：膜材裁剪。拼合成型及骨架的鋼結構、鋼索均在工廠加工制造，現(xiàn)場只需拼裝，施工簡潔，故施工周期比傳統(tǒng)建筑短。

膜結構建筑的設計步驟

  1.建筑方案設計

     一般同建筑師根據(jù)業(yè)主的意圖、功能要求、環(huán)境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空、體量等，并基本確定各控制點的坐標。綜合考慮經(jīng)濟和施工工藝等技術條件，與膜結構工程師、業(yè)主及施工技術人員等一起確定經(jīng)濟合理的初步設計方案。

  2.找形分析

    對于膜結構而言，在沒有施加預應力之前，是沒有結構剛度的，也就是說膜結構任何時候不存在無應力狀態(tài)。由于膜材料本身沒有抗彎剛度，其曲面形狀與預應力的大小和分布是一一對應的，因此在控制點坐標確定后，給定一合理的預應力值及其分布，才能確定合適的膜曲面形狀。

  3.荷載分析

  膜結構的控制荷載通常是風載和雪載。在荷載作用下膜結構的變形較大，因此jing確計算結構的變形和應力分布要用幾何非線性方法進行。根據(jù)不同工況下計算出的索、膜、梁、桿等結構構件中的內(nèi)力分布的不利情況，來選定索、膜等材料的型號及尺寸，確定詳細的節(jié)點做法及構造措施等。

 4.剪裁分析

      剪裁分析就是在預應力狀態(tài)下的曲面形體上尋求合理的裁剪位置及其分布，然后按照一定的方法三維曲面展開為二維平面。為物盡其用，一般要按照膜材料幅寬進行裁剪，但要兼顧到膜面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質(zhì)，故裁剪線的布置要與計算時所設定的經(jīng)緯向一致，才能保證計算結果與實際相符。