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膜結構的設計與施工

膜結構建筑的結構計算通常由計算機完成,其復雜型體的整體空間作用和繁雜的抗風計算是從事一般建筑結構設計的工程師難以完成的。國外 各大從事膜結構建筑設計和安裝的專業公司,都各自開發了大型的專業軟件,但為了控制市場都嚴格保密。目前國內已經出現的諸如上海八萬人體育場等少數膜結構建筑,也都是外國公司設計的。然而,目前膜結構在我國尚處于小范圍的試驗階段,但隨著我國經濟實力的增強,新工藝、新材料、新設備的出現,膜結構建筑將成為我國21世紀空間結構的發展主流。我國自行設計的大型膜結構還很少,國內也尚無成熟的理論計算方法及相應的計算設計程序,制約了膜結構在我國的發展、應用與研究。

云南膜結構設計、加工、購買、安裝認準云南路飛膜結構工程技術有限公司，我公司有豐富的膜結構設計施工經驗，質量和服務都有保障！

膜結構的應用前景

自重輕,跨度大,造價低,可以很大限度發揮材料特性,有利防震;造型新穎美觀,色彩多變,可為文化、體育、旅游、商業設施提供更好的形象包裝;具有較好的防水、透光性能,建設周期短,可做持久性建筑,也可移動搬遷,有利于城建景觀及房地產項目的開發。可以預見,21世紀中國的經濟突飛猛進,膜結構建筑將在未來大型建筑中展現新、奇、輕、美的特點,因此膜結構建筑的研究與開發有著廣泛的發展前景。此外，要保證膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。

膜結構設計步驟

常用的計算機找形方法：

（3）有限單元法

有限單元法（FiniteElementMethod）初是用來計算索網結構的非線性迭代方法，但現在已成為較普遍的索膜結構找形方法。其基本算法有兩種，即從初始幾何開始迭代和從平面狀態開始迭代。顯然，從初始幾何開始迭代找形要比從平面狀態開始來得有效，且所選用的初始幾何越是接衡狀態，計算收斂越快，但初始幾何的選擇并非容易之事。兩種算法中均需要給定初始預應力的分布及數值。在用有限元法找形時，通常采用小楊氏模量或者干脆略去剛度矩陣中的線性部分，外荷載在此階段也忽略。膜結構膜材安裝1、膜材安裝前，鋼結構的挑梁宜加臨時支撐或平衡索，確保鋼結構在膜材安裝中受力平衡，2、在膜材安裝前，對鋼結構在尺寸進行測量復核。

有限元迭代過程中，單元的應力將發生改變。求得的形狀除了要滿足平衡外，還希望應力分布均勻，大小合適，以保證結構具有足夠的剛度。因此，找形過程中還有個曲面病態判別和修改的問題，或者叫形態優化（包括幾何形態優化、應力形態優化和剛度形態優化等）。用有限元法找形的軟件有澳大利亞FABDES等。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。

經過找形確定的結構初始形狀滿足了初應力平衡條件并達到預想的形狀，但其是否滿足使用的要求，還必須進行荷載效應分析。

膜面褶皺問題

結構上的褶皺（Drape）是指因膜面在一個方向上出現壓應力導致膜材屈服而產生的褶皺現象，而結構松弛是指膜面在兩個方向上都呈現無張力狀態，故松弛的膜面不能承受任何荷載。褶皺判別的兩種方法：（設拉為正、壓為負）

（1）應力準則：若主應力σ2>0，膜元是張緊的；若σ2<0且σ2>0，膜元是褶皺的；若σ1<0，單元是松弛的。

（2）應變準則：若ε2>0，膜元是張緊的；若ε2<0且ε1>0，膜元是褶皺的；若ε1<0，單元是松弛的。在荷載分析中，在每一荷載增量步中對所有的單元進行逐一判別，如發現褶皺單元，可按以下方法處理：

（1）修元剛度：減小褶皺單元對結構總體剛度的貢獻，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實際荷載分擔，結果是增加了相臨單元的負擔。

（2）修改結構剛度：回到找形階段，對曲面進行修正，即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。

常用的膜結構幾何非線性荷載分析軟件有：美國ANSYS，德國EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國InTENS等等。