膜結構的設計
膜結構的設計主要包括體形設計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設計確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點的坐標、結構形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強主芤很差，因此其剛度和穩定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預應力來提高，對膜結構而言，任何時候不存在無應力狀態，因此膜曲面形狀最終必須滿足在一定邊界條件、一定預應力條件下的力學平衡，并以此為基準進行荷載分析和裁剪分析。目前膜結構找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結構考慮的荷載一般是風載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要精確計算結構的變形和應力要用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是一確定索、膜中初始預張力。在外荷載作用下膜中一個方向應力增加而另一個方向應力減少，這就要求施加初始張應力的程度要滿足在最不利荷載作用下應力不致減少到零，即不出現皺褶。因為膜材料比較輕柔，自振頻率很低，在風荷載作用下極易產生風振，導致膜材料破壞，如果初始預應力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強度儲備少，對受力構件強度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預應力的確定要通過荷載計算來確定。經過找形分析而形成的摸結構通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個膜結構工程中最關鍵的一個問題，這正是裁剪分析的主要內容。 　　膜結構在我國也不乏工程實例，其中規模最大、最具影響力的膜結構要數1997年竣工的上海八萬人體育場看臺罩棚張拉膜結構工程。但該膜結構為美國Weidlinger公司設計制作，由此也可以看出我國在該領域與國外先進國家的差距很大。目前影響我國膜結構廣泛應用的主要因素有：國產膜材料性能差，而進口膜材料價格高；尚無商業性的膜結構計算南輔助設計系統；人們對膜結構缺乏足夠的認識等。 　　1970年日本大阪萬國博覽會上的美國館和富士館均采用了膜結構建筑，在建筑行業引起了不小的轟動。 　　在隨后的幾十年，建筑膜結構得到了迅猛的發展。膜結構大部分由鋼材和索構成，另外與結構相結合的膜材也逐漸走向功能化、智能化。膜材具有造型輕巧自由、美觀；透光、節能、環保，優良的阻燃性能；防污自潔性能；安全、壽命長等優點。基于這些優點，建筑膜材脫穎而出，膜結構被稱為“21世紀的建筑”，應用于大型體育場館、入口廊道、購物場、娛樂場、停車場、展覽會場、植物觀光園等建筑。