膜結(jié)構(gòu)是膜結(jié)構(gòu)中更常見的一種形式,即通過對(duì)膜材內(nèi)部施加一定的預(yù)張力,使其具備了抵抗外荷載能力,從而充當(dāng)結(jié)構(gòu)材料的一種結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)是通過給膜材及加勁索施加預(yù)張力使之具有剛度并承擔(dān)外荷載的結(jié)構(gòu)，又稱之為索－膜結(jié)構(gòu)。這種形式能夠充分利用膜材的受力性能,形成輕巧、美觀、具有現(xiàn)代感的空間大跨曲面結(jié)構(gòu),并且施工簡(jiǎn)單、快捷,成本低,在國(guó)外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于商業(yè)建筑、體育建筑、工業(yè)建筑、戶外設(shè)施、文化娛樂建筑等各種領(lǐng)域,目前在我國(guó),相應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)工作也已逐漸展開,并且無(wú)疑存在著巨大的發(fā)展前景。
　　
　　1．索膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程
　　
　　張力結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，因此其設(shè)計(jì)過程不同于一般傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)。其設(shè)計(jì)一般可以分為3個(gè)階段：形態(tài)分析，荷載分析和裁剪分析。
　　
　?。?）形態(tài)分析
　　
　　形態(tài)分析包括結(jié)構(gòu)初始試形狀的確定和結(jié)構(gòu)初始幾何態(tài)的分析，即找形分析的過程。其目的是確定滿足控制點(diǎn)邊界條件和初始預(yù)應(yīng)力荷載平衡條件的膜結(jié)構(gòu)形狀，以及與之相關(guān)的初始預(yù)應(yīng)力分布。結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下從初始狀態(tài)變形至工作狀態(tài)的問題是彈性和彈塑性變形問題，可以采用非線性有限元予以求解。 　　（2）荷載分析
　　
　　荷載分析是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)能否在實(shí)際環(huán)境中風(fēng)、雨或雪等荷載作用下正常工作，不發(fā)生過大的變形和不出現(xiàn)褶皺和松弛。在進(jìn)行荷載分析時(shí)，應(yīng)對(duì)計(jì)算的各個(gè)單元中的更大應(yīng)力和更小應(yīng)力進(jìn)行判斷。若在迭代過程中出現(xiàn)膜的褶皺或松弛，應(yīng)相應(yīng)修改其單元本構(gòu)矩陣后再進(jìn)行下一步的迭代。
　　
　?。?）裁剪分析
　　
　　膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有研究裁剪的工作是在基于形狀判定和荷載分析之后的特定幾何外形上進(jìn)行的。裁剪分析中更棘手的問題是考慮初始預(yù)應(yīng)力造成的膜材經(jīng)、緯方向的伸長(zhǎng)對(duì)裁剪下料的影響。膜結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)的一種，其整體剛度主要由初始預(yù)應(yīng)力提供，單片膜材的裁剪和拼接是在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的，而結(jié)構(gòu)張成后膜材必須處于全張力狀態(tài)。裁剪分析過程中，必須選定合適的裁剪式樣并精確確定連接坐標(biāo)，把膜材由空間的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)還原為平面的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。而一般情況下這時(shí)所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)的整體剛度趨于零。據(jù)此建立的非線性方程組將變?yōu)槠娈惙匠探M，這樣得到的解可能是病態(tài)的。所以如何把膜材由預(yù)應(yīng)力狀態(tài)還原為無(wú)應(yīng)力狀態(tài)是進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)裁剪分析中的關(guān)鍵技術(shù)，但這個(gè)問題至今還未得到很好的解決。 　　由于裁剪分析與膜結(jié)構(gòu)的形狀、大小、曲率、材性等許多因素有關(guān)，使得目前各種裁剪方法得應(yīng)用均受到一定程度得限制。裁剪分析方法總得來說分為3大類：物理模型方法，幾何模型方法，平衡模型方法。平衡模型方法以其靈活，迅速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)已占據(jù)了膜結(jié)構(gòu)裁剪分析發(fā)展和應(yīng)用的主要領(lǐng)域。目前比較成熟的平衡模型方法主要有：力密度法，動(dòng)力松弛法，離散超限變換投影法。
　　
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