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膜结构设计

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，因此要准确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***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***，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。膜结构是建筑结构中新发展起来的一种形式，自从1970年代以来，膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。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***关键的一个问题，这正是裁剪分析的主要内容。

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膜结构的排水和积水

由于荷载作用下膜结构膜材会产生变形，膜结构膜面坡度较小处可能会有积水。降雨或者降雪较大及雪融后，应对张拉膜结构进行监测以避免产生积水。

膜结构使用温度

本产品使用温度环境为-40℃/ 70℃，注意设置灯光和采暖设备时，不宜离膜材太近，以免烧膜材。

膜结构设计步骤

膜面褶皱问题

结构上的褶皱（Drape）是指因膜面在一个方向上出现压应力导致膜材屈服而产生的褶皱现象，而结构松弛是指膜面在两个方向上都呈现无张力状态，故松弛的膜面不能承受任何荷载。褶皱判别的两种方法：（设拉为正、压为负）

（1）应力准则：若主应力σ2gt;0，膜元是张紧的；若σ2lt;0且σ2gt;0，膜元是褶皱的；若σ1lt;0，单元是松弛的。

（2）应变准则：若ε2gt;0，膜元是张紧的；若ε2lt;0且ε1gt;0，膜元是褶皱的；若ε1lt;0，单元是松弛的。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。

常用的膜结构几何非线性荷载分析软件有：美国ANSYS，德国EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英国InTENS等等。