膜结构设计简析
膜结构设计范文
在当今时代，随着科技的不断发展和人类对现代化生活的追求，人们对于建筑物的要求也越来越高。
而随着建筑设计师们能力和技术的提高，各种新型建筑物在不断涌现，其中膜结构建筑物便是其中的佼佼者。
膜结构设计通过创新的构思和运用先进的技术，将建筑物变得越来越轻便、美观，尤其是在大跨度建筑物的设计中更是逐渐广泛应用。
本文将会深入探讨膜结构设计的相关内容，为读者介绍这种建筑设计新兴领域以及其设计过程所涉及的关键问题。
一. 膜结构设计的基本概念膜结构设计其实是一种类似于蛋壳的结构，它由一系列目前最先进的高强度材料、薄膜和金属构件以及高度自适应的设计方法结合而成。
它不仅可以用于常规建筑设计，还可以应用于各种创意、吸引眼球及瞩目的建筑、搭建及场馆的设计。
膜结构的基本设计概念在于将轻、薄、柔性的材质应用于建筑结构中，同时借助空气气压实现整体构造的支撑作用。
这种构造使整个建筑免于使用传统的混凝土或砖石这样的“重质”构造，拥有自由度更高、硬度更低、安全风险更小、制造时间更短的优势。
事实上，膜结构设计也成为了现代建筑和体育场馆设计中的重要组成部分。
在传统建筑设计过程中，需要使用的材料和设备数量较多，而膜结构设计则可以极大程度上减少材料使用量，有效降低造价。
膜结构设计的优点不仅在于上面所提到的节约成本，还包括声音隔绝、抗风、耐腐蚀等方面的优越性。
根据建筑设计师的设计需求，膜结构设计可以调整材料、形状和尺寸等参数，以便满足实际要求。
总体来说，膜结构设计非常灵活，可以适应各种建筑风格，例如欧洲、现代和东方风格等。
二. 膜结构设计的分类根据不同的分类标准和应用领域，膜结构设计可分为单曲面结构、双曲面结构、单层立体结构和多层立体结构等。
其中，单曲面结构和双曲面结构的应用最为广泛，这两种结构都具有卓越的吸引力和视觉效果，特别适合于搭建大型场馆。
而单层立体结构和多层立体结构则相对适用于小型建筑物和景观设计中。
下面将逐一介绍这些结构类型。
1.单曲面结构单曲面结构是指在仅有的一个主曲面的作用下进行受力分配，形成的结构的称为“单曲面结构”。
膜结构设计的4个核心要点
膜结构设计的4个核心要点文章出处：中德膜结构网查看手机网址膜结构设计要点1：膜结构方案设计建筑师根据业主的意图、功能要求、环境条件等初步确定建筑的平面形状尺寸、空间形式及三维造型、净空体量等，基本确定各控制点的坐标。
考虑经济和施工工艺等技术条件，与膜结构工程师、业主及施工技术人员等一起确定经济合理的初步设计方案。
膜结构设计要点2：找形分析预应力值及对于索膜结构而言，在没有施加预应力之前，是没有结构刚度的，也就是说膜结构任何时候不存在无应力状态。
由于膜材料本身没有抗弯刚度，其曲面形状与预应力值的大小和分布是一一对应的，因此在控制点坐标确定后，给定一合理的预应力值及其分布，才能确定合适的膜曲面形状。
预应力值的大小与分布是需根据多方面的条件进行反复调整后综合确定的，这个过程叫做找形分析。
此过程与方案设计过程往往密不可分，往往需反复调整方可即满足建筑形状的要求又保证结构的经济合理及安全可靠。
膜结构设计要点3：荷载分析膜结构的控制荷载通常是风载和雪载。
在荷载作用下膜结构的变形较大，因此精确计算结构的变形和应力分布要用几何非线性的方法进行。
根据不同工况下计算出的索、膜、梁、杆等结构构件中的内力分布的最不利节点做法及构造措施等。
因此，经济安全的索膜建筑必须经过仔细的内力分析后才能完成，不是凭经验拍脑袋就能确定得了的。
荷载分析的另一目的是检验确定索、膜中初始预应力，一般来说在找形分析时先根据经验假定一预应力值及其分布，然后经荷载分析来判定其合理性，即预应力的大小与分布应使在最不利工况下必须满足使用要求、整体和局部位移要求及排水功能等要求。
膜结构设计要点4：剪裁分析剪裁分析就是在预应力状态下的曲面形体上寻求合理的裁剪线位置及其分布，然后按照一定的方法将三维曲面展开为二维平面。
为物尽其用，一般要按照膜材料幅宽进行裁剪，但要兼顾到膜曲面曲率变化情况。
由于膜材料具有双向异性性质，故裁剪线的布置要与计算时所设定的膜材经纬向一致，才能保证计算结果与实际相符。
膜结构设计理论
表达式（2）可能有各种具体表达形式，形成不同的简化 • 将式 (2) 代入 (1) ，合并相关项，运动微分方程可表示为： 气弹力学模型。其中一些参数或系数需要通过气弹模型风 & & (M s + M a )& x ( t ) + (C s + C a ) x (t ) + ( K s + K a ) x (t ) = p (t ) (3) 洞试验来确定。目前这些气弹力学方法都还比较粗糙。
膜结构设计理论
★ 膜结构主要性能特点：
1、柔性：仅当赋予适当预张力时才具有确定的形状和刚度。 2、明显的几何非线性：大位移。
★ 膜结构设计分析包括：初始形态分析 ★ 初始形态分析：
剪裁分析 受载分析
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三者相互联系
形 — 曲面的几何形状 形、态相互对应 态 — 预张力分布状态 二者不可分割 初始形态分析的任务是要确定： 满足
人工生成风速时程（激励样本）；根据激励样本在时域内 求解动力微分方程，得到响应时程（响应样本）；对响应 样本进行统计分析，求得响应的均值、均方差和频谱特性。
这种方法原则上适用于任意系统和任意激励。
3、随机模拟时程分析方法的改进 基本思路： 针对膜结构的特点，在运动方程中考虑了
●
结构振动速度对风压 p(t) 的修正：
• 结构处于小幅振动时，右边作用力项可用其一次近似式表示： & & F (t , x, x ,& x ) = p(t ) + ρ px p(t ) x(t ) & & + ρ px ( t ) + ρ p& x (t ) (2) &p ( t ) x &p ( t ) & x
膜结构工程设计方案
膜结构工程设计方案一、引言随着经济的发展和城市化进程的加速，膜结构作为一种新型的建筑形式逐渐受到人们的青睐。
膜结构广泛应用于体育场馆、展览馆、商业中心和公共建筑等领域，并且在建筑设计中发挥着独特的美学与经济效益。
本文将介绍膜结构工程设计方案，通过对膜结构工程的设计和施工进行详细分析，为工程师提供参考和指导。
二、膜结构的特点1. 美学特点膜结构作为一种新型的建筑形式，其外观独特，造型立体、美观，具有极强的视觉冲击力。
膜结构能够以更小的材料投入创造更大的覆盖面积，其形体轻盈，造型多样，给人一种现代感和未来感，因此得到了广泛应用。
2. 结构特点膜结构具有较轻的重量和较好的抗风性能，适用于大跨度覆盖面积的要求。
膜结构内部可通风透光，可满足日光和夜间照明的需求。
通过有限元分析和结构优化设计，膜结构能够实现合理的结构布局和强度分布，确保工程的安全可靠。
3. 施工特点膜结构的施工周期短、耗能小，可节约材料和人工成本，降低施工难度，与传统建筑相比可以大幅节省建筑成本。
热固性膜结构通过计算机控制，可实现快速熔融成型；伸缩式膜结构通过气动传动系统实现开启和收放；自由曲面膜结构通过多次悬索悬挑实现形体塑造。
由于膜结构可选择的材料多样，并且施工过程中对环境的影响非常小，因此其施工特点也非常吸引人。
三、膜结构工程设计方案1. 建筑结构设计在膜结构工程设计中，需要考虑到外部荷载、内部荷载、气动力等多种因素，以及膜结构的自重、预应力、支承系统等结构特点。
通过有限元分析和结构优化设计，根据建筑的功能和空间需求，确定膜结构的形体和结构方案。
2. 膜结构材料选择膜结构的材料常见的包括PVC膜、PTFE膜、ETFE膜等。
在材料选择上需要兼顾美观、透光性能、抗紫外线和耐候性等因素，以及符合建筑环保和可持续发展的要求。
3. 膜结构的固定系统膜结构的固定系统采用拉索、钢索、杆件、索托、钢桁架等多种结构形式，根据膜结构的形体和承载要求进行设计和施工，确保膜结构的稳定性和安全性。
膜结构的形式
膜结构的形式膜结构是一种特殊的建筑结构形式，其设计灵感源自于自然界中的薄膜结构，如动物的骨骼、植物的叶片等。
膜结构在建筑领域中被广泛应用，其独特的形态和优异的性能使其成为现代建筑设计的重要组成部分。
膜结构的设计与传统的建筑结构有所不同，它采用轻质材料和柔性膜材进行搭建，形成一种轻盈、柔韧的空间形态。
膜结构具有自重轻、抗风性能好、透光性强等特点，能够创造出独特的建筑效果。
膜结构的设计过程需要考虑多个因素，包括建筑用途、环境条件、结构形式等。
首先，设计师需要确定膜结构的用途，例如体育馆、展馆、停车棚等。
不同的用途对膜结构的要求不同，需要采用不同的设计方案。
设计师需要考虑环境条件对膜结构的影响。
例如，膜结构需要能够承受风压、雨水冲击等外力作用。
因此，在设计中需要考虑膜材的强度、稳定性等指标，以确保膜结构的安全性能。
膜结构的形式也需要根据实际情况进行选择。
常见的膜结构形式包括单曲面结构、双曲面结构、自由曲面结构等。
每种形式都有其独特的特点和适用范围，设计师需要根据具体情况进行选择。
在膜结构的搭建过程中，需要采用专业的施工技术和设备。
膜结构的搭建通常采用预应力技术和张拉技术，以保证膜材的平整度和紧张度。
同时，在施工过程中还需要注意施工安全，确保工人的人身安全。
膜结构的应用范围非常广泛，不仅可以用于建筑物的屋顶和墙面，还可以用于建造遮阳棚、雨棚、景观亭等。
膜结构的独特性能使其在设计中具有很大的灵活性，可以根据具体需求进行定制。
膜结构的设计与传统的建筑设计不同，它更加注重形式的创新和空间的塑造。
膜结构的轻盈、柔韧的特点使其能够创造出独特的建筑效果，给人以美感和惊喜。
膜结构作为一种特殊的建筑结构形式，在现代建筑设计中起着重要的作用。
它不仅具有独特的形态和优异的性能，还能够创造出独特的建筑效果。
通过合理的设计和施工，膜结构可以成为现代建筑中的亮点和焦点。
相信随着科技的不断进步和人们对美的追求，膜结构将在未来的建筑设计中发挥更加重要的作用。
膜结构
充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生 压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工快 捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。
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(3)隔音效果较差。单层膜结构只能用于隔音要求不高的建筑。
(4)抵抗局部荷载能力差。屋面会在局部荷载作用下形成局部凹陷，造成雨水或雪的淤积，使屋盖在淤积处 的荷载增加，可能导致屋盖撕裂(帐蓬结构)或翻转(充气结构)。
(5)充气结构还需要不停地送风，因此维护和管理特别重要。另外。气承式充气结构必须是密闭的空间，不 宜开窗。
膜的材料分为织物膜材和箔片两类。高强度箔片近几年才开始应用于结构。织物是由纤维平织或曲织生成的， 织物膜材已有较长的应用历史。结构工程中的箔片都是由氟塑料制造的，它的优点在于有很高的透光性和出色的 防老化性。
分类
膜结构建筑造型丰富多彩，千变万化，按照支承方式分为充气式膜结构、张拉膜结构和骨架支承膜结构。
膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构类型，它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美 曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的组合，给人耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和 创造空间。膜结构具有强烈的时代感和代表性，是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学、计算机技术等为 一体的多学科交叉应用工程，具有很高的技术含量和艺术感染力，其曲面可以随建筑师的设计需要任意变化。结 合整体环境，建造出标志性的形象工程，并且实用性强、应用领域广泛。既可应用了大型公共设施，如体育场馆 的屋顶系统、机场大厅、展览中心、购物中心、停车场、站台设施等。又可应用于休闲设施、工业设施、入口廊 道以及标志性或景观性的建筑、小品等。
简析膜结构抗风设计施工技术
此外长拉索 因风雨作用也会产生较大幅度的振动。而膜结构 自重轻 、 刚度小、 自振频率低， 是一种典型的风敏感结构， 特别是一些开敞式或是 有悬挑 、 体型变异较大的膜结构， 时风的动力作用不容忽视。 这 １２风荷载对膜结构设计的影响分析 在进行膜结构设计时， 风荷载往往是其主要控制荷载。在确定风荷载
２２ ． 膜面撕裂破损安装技术 因素分析 安装中通过对膜面施加预张 力，使膜 面在给定几何形状和边界条件 下张紧而获得抵抗外荷载的能力。但是由于膜 面过于扁平 、 预张力施加不
静力作用 。风荷载体型系数描述 了结构表面风压分布的规律， 显然它与结
构形体密切相关 。对于形体复杂的膜结构．规范》 《 中的给定值往往不能适
方 面 实 施 技 术 上 的 革 新， 防后 患 。 以
行了一些研 究， 工作还有待深入 。 １３ 风振系数对膜结构设计的影响分析 进行结构设计时为考虑风荷载的动 力效应， 在确定风荷 载标准值时 尚应考虑风振系数 。《 膜结构技术规程》 Ｃ Ｃ １８ ：０４ 规定对骨架支 （ Ｓ ５ ２０ ） Ｅ 承式膜结构的风振系数 取 １２ ： ． ～１５ 对整体张拉式伞形 、 鞍形膜结构 的 取 １５ 。目前我国工程结构的抗风设计基于设计基准期内重现一次 ～２ ０ 的年最大风压下按弹性分析进行强度和 刚度验算 。基本上是要求在多遇
关■调： 膜结构 ： 抗风 ； 设计： 控制技术
１膜 结构 建筑抗风设计要点分 析 ．
１ １风对结构物作用的复杂性分析 ． 膜结构建筑受到风 的自然特性、结构 的动 力性能以及风与结构相互 作用等三方面的制约。当风绕过结构 时， 会产生旋涡和气流的分离 ， 形成
复杂的空气作用力。
膜结构的建筑设计
膜结构的建筑设计
【学员问题】膜结构的建筑设计？
【解答】1）膜结构建筑的表现方式与一般建筑有所不同，在建筑单位方案设计阶段，就应充分考虑到不同表现方式的相容与协调，并注意利用膜结构建筑技术所具有的形象特点，因势利导。
膜结构建筑的方案设计应由建筑师与膜结构工程师共同完成。
设计时首先应考虑膜结构体系的特殊性，从建筑功能和结构受力性能入手，创造出形式完美、构造合理的膜结构建筑。
2）各国对于膜材的耐火等级和防火要求各不相同。
一般来说，耐火等级与材料价格直接有关。
当有条件时应尽量采用不然类膜材。
当永久性建筑采用阻燃类膜材时，尚应根据当地消防部门的要求采取必要的防火措施。
3）结构建筑采用的膜材一般均具有透光特性。
由于漫射光的作用，膜材覆盖的空间内将呈现特殊的光学效果（有明显光感但
无阴影），建筑设计中应予以合理利用。
采用双层膜构造时，应考虑到透光率的折减。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。
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膜结构设计简析
膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四大问题。
通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量，确定各控制点的坐标、结构形式，选用膜材和施工方案。
初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。
由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度，抗剪强主芤很差，因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预应力来提高，对膜结构而言，任何时候不存在无应力状态，因此膜曲面形状最终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡，并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。
目前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，因此要精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最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，导致膜材料破坏，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。
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最关键的一个问题，这正是裁剪分析的主要内容。