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膜结构特性

4、 雕塑感：张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。膜面通过张力达到自平衡。负高斯膜面高低起伏具有的平衡感使体型较大的结构看上去像摆脱了重力的束缚般轻盈地飘浮于天地之间。无论室内还是室外这种雕塑般的质感都令人激动。

张拉膜结构可使建筑师设计出各种张力自平衡、复杂且生动的空间形式。在一天内随着光线的变化，雕塑般的膜结构通过光与影而呈现出不同的形态。大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。日出和日落时，低入射角度的光线将突现屋顶的曲率和浮雕效果，太阳位于远地点时，膜结构的流线型边界在地面上投入弯弯曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性，经过设计的人工灯光也可使膜结构成为光的雕塑。

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膜结构设计步骤

常用的计算机找形方法：

（2）动力松弛法

动力松弛法（DynamicRelaxationMethod）是一种专门求解非线性系统平衡状态的数值方法，他可以从任意假定的不平衡状态开始迭代得到平衡状态，***早将这种方法用于索网结构的是Day和Bunce，而Barnes则成功地应用于膜结构的找形。 　　力密度法只是从空间上将膜离散化，而动力松弛法从空间和时间两方面将膜结构体系离散化。膜结构的形状确定问题有两种类型：（1）给定预应力分布的形状确定问题：预先假定膜结构中应力的分布情况，在根据受力合理或经济原则进行分析计算，以得到膜的初始几何状态。空间上的离散化是将结构体系离散为单元和结点，并假定其质量集中于结点上。时间上的离散化，是针对结点的振动过程而言的。初始

状态的结点在激振力作用下开始振动，这时跟踪体系的动能；当体系的动能达到极值时，将结点速度设置为零，跟踪过程重新开始，直到不平衡力为***，达到新的平衡为止。

动力松弛法大特点是迭代过程中不需要形成刚度矩阵，节约了刚度矩阵的形成和分解时间，并可在计算过程中修改结构的拓扑和边界条件，该方法用于求解给定边界条件下的平衡曲面。其缺点是迭代步骤往往很多。为了寻求膜结构的合理的几何外形，需要通过计算机的多次迭代才能得到。用动力松弛法找形的软件有英国InTENS、新加坡WinFabric、英国Suface等。

膜结构设计：应变补偿

膜结构是在预张力作用下工作的，而膜材的裁剪下料是在无应力状态下进行的，因而在确定裁剪式样时，有一个对膜材释放预应力、进行应变补偿的问题。影响膜材应变补偿率的因素可归纳为以下几个方面：

（1）膜面的预应力值及膜材的弹性模量和泊松比，这是影响应变补偿率的***直接因素。

（2）主应力方向与膜材经、纬向纤维间的夹角，这一问题变的重要是因为膜材是正交异性材料。

（3）热合缝及补强层，热合缝及补强层的性能不同于单层膜，其应变补偿应区别对待。

（4）环境温度及材料的热应变性能，尤其是双层膜结构环境温度相差较大时，要特别注意。

在荷载分析中，在每一荷载增量步中对所有的单元进行逐一判别，如发现褶皱单元，可按以下方法处理：

（1）修***元刚度：减小褶皱单元对结构总体刚度的贡献，即修改褶皱单元的刚度矩阵，从而减小自身的实际荷载分担，结果是增加了相临单元的负担。

（2）修改结构刚度：回到找形阶段，对曲面进行修正，即通过修改局部区域的边界条件或调整预应力的方法来修正结构的刚度。