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膜結構工程實例

膜結構在中國也不乏工程實例，其中規模很大、有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，由此也可以看出中國在該領域與國外先進國家的差距很大。膜結構的應用前景隨著工業的發展與計算技術的進步,膜結構也從臨時建筑邁入持久性建筑行列,并成為當代充滿活力的一種新型大跨度空間結構體系。影響中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。

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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。1996年亞特蘭大奧運會的“佐治亞穹頂”，擬橢圓形的尺寸達240m*193m。膜結構建筑屋面的膜材透光性好,能透過大量柔和的自然光,降低白天的照明費用以及整個建筑的供熱與空調費用。為了慶祝新千年的到來，英國在倫敦建成了直徑達320m的“千氣穹頂”。整個展覽大廳總面積為8萬平方米。覆蓋其上的是72塊聚（PVC）涂層的玻璃纖維織物板，千年穹頂以其獨特的膜結構，顯示了當今建筑技術與材料科學的發展水平。

膜結構設計步驟

常用的計算機找形方法：

（3）有限單元法

有限單元法（FiniteElementMethod）初是用來計算索網結構的非線性迭代方法，但現在已成為較普遍的索膜結構找形方法。其基本算法有兩種，即從初始幾何開始迭代和從平面狀態開始迭代。換句話說，不符合結構的造型是不可能的，因為那樣的薄膜不是飄動的就是缺乏穩定性的。顯然，從初始幾何開始迭代找形要比從平面狀態開始來得有效，且所選用的初始幾何越是接衡狀態，計算收斂越快，但初始幾何的選擇并非容易之事。兩種算法中均需要給定初始預應力的分布及數值。在用有限元法找形時，通常采用小楊氏模量或者干脆略去剛度矩陣中的線性部分，外荷載在此階段也忽略。

有限元迭代過程中，單元的應力將發生改變。求得的形狀除了要滿足平衡外，還希望應力分布均勻，大小合適，以保證結構具有足夠的剛度。ETFE不僅具有優良的抗沖擊性能、電性能、熱穩定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。因此，找形過程中還有個曲面病態判別和修改的問題，或者叫形態優化（包括幾何形態優化、應力形態優化和剛度形態優化等）。用有限元法找形的軟件有澳大利亞FABDES等。

經過找形確定的結構初始形狀滿足了初應力平衡條件并達到預想的形狀，但其是否滿足使用的要求，還必須進行荷載效應分析。

（1）靜風壓體型系數的確定

風荷載體型系數是描述風壓在結構上不均勻特征的重要參數，一般結構的體形系數可以從荷載規范查得。但膜結構形狀各異，不能從荷載規范直接獲得風壓體型系數。由于索膜結構是大變形問題，在推導有限元方程時，需考慮位移高階項對應變的影響，即考慮幾何非線性。所以，較大的膜結構基本都要求進行風洞試驗，以獲得比較正確的膜結構的局部風壓凈壓系數和平均風載體形系數。由于風洞試驗要滿足一系列的相似準則，如幾何相似、雷諾數相似等，通常要完全滿足這些相似條件是不可能的，因此風洞模擬實驗結果有時會超過實測值很多。