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膜材一種新興的建筑材料,已被公認為是繼磚,石,混凝土,鋼和木材之后的“第六種建筑材料”.膜材本身不能受壓也不能抗彎,所以要使膜結構正常工作就引入適當的預張力.此外,要膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面.傳統結構為了減小結構的變形就增加結構的抗力;而膜結構是通過改變形狀來分散荷載,從而獲得小內力增長的.當膜結構在平衡位置附近出現變形時,可產生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的;另一個是由材料應變引起的.通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個膜片具有良好的剛度,就應盡量形成負高斯曲面,即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”.“高點”通常是由桅桿來提供的,也許是由于這個原因,有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸掛膜結構（suspension membrane）.
索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長度,使薄膜表面更易形成較大的曲率.有文獻指出,膜材的自由支承長度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米.此外,索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐,從而不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌.
膜結構設計主要包括以下內容:
1.初始態分析:確保生成形狀穩定,應力分布均勻的三維平衡曲面,并能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反復修正的過程.
2.荷載態分析:張拉膜結構自身重量很輕,因此膜結構對地震力有良好的適應性,而對風的作用較為敏感.此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用.由于目前觀測資料尚少,故對膜結構的設計通常采用安全系數法.
3.主要結構構件尺寸的確定,及對支承結構的有限元分析.當支承結構的設計方法與膜結構不同時,應注意不同設計方法間的系數轉換.
4.連接設計:包括螺栓,焊縫和次要構件尺寸.
5.剪裁設計:這一過程應具備必要的試驗數據,包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）
索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長度,使薄膜表面更易形成較大的曲率.有文獻指出,膜材的自由支承長度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米.此外,索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐,從而不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌.
膜結構設計主要包括以下內容:
1.初始態分析:確保生成形狀穩定,應力分布均勻的三維平衡曲面,并能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反復修正的過程.
2.荷載態分析:張拉膜結構自身重量很輕,因此膜結構對地震力有良好的適應性,而對風的作用較為敏感.此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用.由于目前觀測資料尚少,故對膜結構的設計通常采用安全系數法.
3.主要結構構件尺寸的確定,及對支承結構的有限元分析.當支承結構的設計方法與膜結構不同時,應注意不同設計方法間的系數轉換.
4.連接設計:包括螺栓,焊縫和次要構件尺寸.
5.剪裁設計:這一過程應具備必要的試驗數據,包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）
