膜結構設計

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。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。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強度很差，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。

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膜結構工程實例

2008年竣工的北京奧運會場館“鳥巢”和“水立方”膜結構采用ETFE膜材，是目前國內很大的ETFE膜材結構建筑，膜材采用進口產品?！傍B巢”采用雙層膜結構，外層用ETFE防雨雪防紫外線，內層用PTFE達到保溫、防結露、隔音和光效的目的?！八⒎健辈捎秒p層ETFE充氣膜結構，共1437塊氣枕，每一塊都好像一個“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行調節(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，為運動員和觀眾提供溫馨，安逸的環(huán)境。張拉膜結構可使建筑師設計出各種張力自平衡、復雜且生動的空間形式。

膜結構在中國也不乏工程實例，其中規(guī)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；2008年北京奧運會、2010年上海世博會和廣州亞運會的舉行，以及各種類型的展覽館建設，使得我國迎來了膜結構建筑的發(fā)展高峰期，這幾年間我國膜結構建筑的建造規(guī)模擴張非常迅速。尚無商業(yè)性的膜結構計算南輔助設計系統(tǒng)；人們對膜結構缺乏足夠的認識等。

膜結構設計步驟

（1）靜風壓體型系數的確定

風荷載體型系數是描述風壓在結構上不均勻特征的重要參數，一般結構的體形系數可以從荷載規(guī)范查得。但膜結構形狀各異，不能從荷載規(guī)范直接獲得風壓體型系數。所以，較大的膜結構基本都要求進行風洞試驗，以獲得比較正確的膜結構的局部風壓凈壓系數和平均風載體形系數。膜結構張拉膜結構的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結構（桅桿、拱或其他剛性構件）。由于風洞試驗要滿足一系列的相似準則，如幾何相似、雷諾數相似等，通常要完全滿足這些相似條件是不可能的，因此風洞模擬實驗結果有時會超過實測值很多。