膜结构概念设计

　　从结构形式上可分为骨架式、拉伸式、充气式膜结构3种形式。

　　1.骨架式膜结构（Frame Supported Structure）以钢构或是集成材构成的屋顶骨架后，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制， 且经济效益高等特点，广泛适用于任何大,小规模的空间。

　　2.张拉式膜结构（Tension Suspension Structure）以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安 定的形式。除了实用创意、创新美观的造型外，还可以表现出膜结、结构精神的形式。 近年来，大型管理跨距调整空间也多采用以控制钢索与压缩材构成钢索网来支撑结构上部膜材的形式。因施工技术精度可以要求高，结构进行性能强，且具丰富的表现力，所以工程造价成本略高于骨架式膜结构。

　　3.充气式膜结构（Pneumatic Structure）

　　充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，应用送风体系让室内气压上升到必定压力后，使屋顶表里发生压力差，以抵制外力，因应用气压来支持，及钢索作为辅佐材,无需任何梁,柱支持，可得更大的空间，施工快速，经济效益高，但需维持举行24小时送风机运行，在继续运转及机器维护费用的成本上较高。

　　只有正确表达结构逻辑的建筑，才具有很强的说服力和表现力。\\ \"这句话揭示了紧张的本质 膜结构 \\ \"。对于张紧膜结构，任何额外的支撑和装饰都是多余的，其结构本身就是造型；换句话说，不可能符合结构的形状，因为这样的薄膜要么飘动，要么不稳定。张力之美膜结构在于力与形的结合。

　　张拉膜结构的基础构成单位平日有：膜材、索与支承结构（桅杆、拱或其他刚性构件）。

　　新型建筑材料膜材被公认为继砖、石、混凝土、钢材、木材之后的“第六大建筑材料”。膜材自身不克不及受压也不克不及抗弯，所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。此外，膜结构正常工作的另一个重要条件是形成倒数面。为了减小传统结构的变形，必须提高结构的抗力，膜结构可以通过改变结构的形状来分散荷载，从而获得较小的内力增量。当膜结构\\ \"在平衡位置附近变形时，有两种恢复力:一种是由几何变形引起的；另一种是由材料应变引起的。通常通过几何刚度要比弹性刚度大得多，所以我们要使每一个膜片具有一个良好的刚度，就应尽量可以形成负高斯曲面，即沿对角发展方向进行分别研究形成“高点”和“低点”。“高点”通常是由桅杆来提供的，也许是由于这个原因，有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构（suspension membrane）。

　　作为索膜材的弹性边界，索膜材被分成一系列的横膈膜，从而减小了索膜材的自由支撑长度，使横膈膜表面更容易形成较大的曲率。有文献研究指出，膜材的自由支承长度一般不宜使用超过15米，且单片膜的覆盖区域面积问题不宜大于500平米。此外，电缆的另一个重要功能是为桅杆等支撑结构提供额外的支撑，以确保支撑结构不会因膜材的损坏而倒塌。

　　膜结构停车棚设想首要包括以下内容：

　　1.初始状态分析: 保证三维平衡面形状稳定、应力分布均匀，并能抵抗各种可能的载荷条件，这是一个重复的修正过程。

　　图2。荷载状态分析: 受拉膜结构重量轻，仅为钢结构的1/5，混凝土结构的1/40。因此膜结构对地震力有很好的适应性，对风也很敏感。此外，还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于缺乏观测资料，膜结构通常采用安全系数法设计。

　　决定主要结构构件的尺寸及支撑结构的有限元分析。当支承结构的设计研究方法与膜结构不同时，应注意自己不同进行设计教学方法间的系数转换。

　　4，连接进行设计：包括通过螺栓、焊缝和次要构件主要尺寸。

　　5.切削设计:这个过程要有必要的试验数据，包括杨氏模量和膜材的切削补偿值(应通过双轴拉伸试验确定)。

　　「膜结构」在计划阶段需要考虑的事项包括:

　　1，预张力的大小及张拉方式；

　　2，根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式。

　　3、考虑膜面及其固定件的形状以避免积水(雪)。

　　4，关键节点的设计，以避免应力集中；

　　5，考虑膜材的运输和吊装；

　　6，耐久性与防火考虑。

　　在「膜结构」张力设计阶段，应考虑的要点包括:

　　1，保证膜面有没有足够的曲率，以获得具有较大的刚度和美学教育效果。

　　2、细化支撑结构，充分表现出透明的空间和光线形状。

　　3.简化膜与支撑结构的连接节点，减少现场施工量。