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膜结构的设计设计 膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁 剪分析等四大问题。通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净 空体量，确定各控制点的坐标、结构形式，选用膜材和施工方案。初始平 衡形状分析就是所谓的找形分析。由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度， 抗剪强主芤很差，因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预 应力来提高，对膜结构而言，任何时候不存在无应力状态，因此膜曲面形 状最终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡，并以此 为基准进行荷载分析和裁剪分析。目前膜结构找形分析的方法主要有动力 松弛法、力密度法以及有限单元法等。膜结构考虑的荷载一般是风载和雪 载。在荷载作用下膜材料的变形较大，且随着形状的改变，荷载分布也在 改变，因此要计算结构的变形和应力要用几何非线性的方法进行。荷 载分析的另一个目的是一确定索、膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中 一个方向应力增加而另一个方向应力减少，这就要求施加初始张应力的程 度要满足在最不利荷载作用下应力不致减少到零，即不出现皱褶。因为膜 材料比较轻柔，自振频率很低，在风荷载作用下极易产生风振，导致膜材 料破坏，如果初始预应力施加过高，膜材涂变加大，易老化且强度储备少， 对受力构件强度要求也高，增加施工安装难度。因此初始预应力的确定要 通过荷载计算来确定。经过找形分析而形成的摸结构通常为三维不可展空 间曲面，如何通过二维材料的裁剪，张拉形成所需要的三维空间曲面，是 整个膜结构工程中最关键的一个问题，这正是裁剪分析的主要内容。

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