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膜結構分類

1.骨架式膜結構（frame Supported Structure）

以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構造形式，下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制，且經濟效益高等特點，廣泛適用于任何大，小規模的空間。

現今，城市中已越來越多地可以見到膜結構的身影。膜結構已經被應用到各類建筑結構中，在我們的城市中充當著不可或缺的角色。

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膜結構膜材：PTFE

PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建筑膜材中很好的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。在蓋格公司領導下，美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公司共同開發持久性膜材。膜結構的形狀確定問題有兩種類型：（1）給定預應力分布的形狀確定問題：預先假定膜結構中應力的分布情況，在根據受力合理或經濟原則進行分析計算，以得到膜的初始幾何狀態。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆涂層，使持久性的PTFE膜正式誕生。此后持久性膜結構正式在美國風行，許多學者對膜結構進行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結果表明，這種膜材的力學性能與化學穩定性指標只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學物質微粒極難附著與滲透，經雨水沖刷建筑膜可恢復其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。國外對這種膜材的開發和應用比較成熟，生產廠家也很多，如德國Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業株式會社、美國Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。

膜結構工程實例

膜結構在中國也不乏工程實例，其中規模很大、有影響力的膜結構要數1997年竣工的上海八萬人體育場看臺罩棚張拉膜結構工程。但該膜結構為美國Weidlinger公司設計制作，由此也可以看出中國在該領域與國外先進國家的差距很大。影響中國膜結構廣泛應用的主要因素有：國產膜材料性能差，而進口膜材料價格高；尚無商業性的膜結構計算南輔助設計系統；人們對膜結構缺乏足夠的認識等。由于索膜結構是大變形問題，在推導有限元方程時，需考慮位移高階項對應變的影響，即考慮幾何非線性。

膜結構設計步驟

常用的計算機找形方法：

（1）力密度法

索網結構中拉力與索長度的比值定義為力密度（ForceDensity）。力密度法（ForceDensityMethod）是由linkwitz及Schek提出來的，原先只是用于索網結構的找形，將膜離散為等代索網，后來，該方法被用于膜結構的找形。1970年日本大阪世界博覽會中的美國館,屋面重量每平方米僅1122kg。把等代為索的膜結構看成是由索段通過結點相連而成，通過確定索段的力密度，建立并求解結點的平衡方程，可得各自由結點的坐標。

不同的力密度值，對應不同的外形。當外形符合要求時，由相應的力密度即可求得相應的預應力分布值。由于它的造價太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，國外的生產廠家也不多。力密度法也可以用于求解小曲面，小曲面時膜內應力處處相等，肥皂膜就是建議的小曲面的例子。實際上的小曲面無法用計算機數值計算方法得到，所以工程上常采用確定誤差來得到可接受的較小曲面。

力密度法的優點是只需求解線性方程組，其精度一般能滿足工程要求。用力密度法找形的軟件有德國EASY（EasyForm）、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。