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結構設計的特殊性和幾何形態的建立 一、特殊性 膜結構不同于一般的傳統結構，由于膜結構不存在穩定的無應力狀態，需要施加一定的預張力才能形成結構的基本形態和抵抗外部荷載的能力。為了使膜結構可稱為“結構”，就必須對曲面施加的預應力作計算分析，保證曲面造型同時有一定的結構承載力和剛度。所以膜結構的設計過程需要分為兩個階段：形態分析階段和荷載狀態分析階段。 1.形態分析階段在形態分析階段中包含初始（幾何）形態建立和初始形態的確定兩部分內容。（1）初始（幾何）形態建立是建筑師根據其設計經驗靈感和膜結構造型規律創造出的建筑形式，這成為整個膜結構體系進行深化的基礎，立足于此，相關的工作步驟可以得到相應的開展。（2）初始形態的確定是結構師根據建筑師提供的初始（幾何）形態尋找滿足控制點邊界條件和初始預應力荷載平衡條件的膜結構形狀，以及與之相關的初始預應力分布。即通常所說的“找形”。事實上，找形的目的不僅僅是找出一個滿足平衡的形狀，還包括對所找出曲面的預應力及剛度的分析，或者說是對曲面的病態判別及其修改。 總之，膜結構的“自由造型”需要滿足力學平衡。膜結構的造型設計，需要建筑師與結構師共同完成。2.荷載狀態分析階段 荷載分析是檢驗結構能否在實際環境中風、雨或雪等荷載作用下正常工作，不發生過大的變形和不出現褶皺和松弛。 從結構的設計、使用和美觀等角度來說，都不應出現膜面的褶皺和索的松弛現象。若不然，應重新進行形態分析，直到形態和荷載分析均達到要求。作用在張拉膜結構上的外荷載一般有自重、雪荷載、風荷載、溫度應力等，這些因素都會對膜結構的設計產生一定的影響，而決定最終的造型可能。因此，在膜結構設計過程中，需要在形態分析的基礎上，將材料的本構關系和荷載狀況輸入計算機，通過相應專業軟件計算可求出荷載作用下的張拉膜結構變形和單元應力狀態。同時，在進行荷載分析時，需要對計算的各單元中的較大應力和較小應力進行判斷。在迭代計算過程中若出現膜的褶皺或松弛情況，應相應修改其單元本構矩陣后再進行下一步迭代計算，以達到受力體系的平衡。這一環節主要由結構師完成。 嚴格來講，在建筑、結構技術設計基本完成，繪制施工圖前，還應對確定的造型進行裁剪分析。膜結構的裁剪分析是膜結構設計中的一個關鍵技術。現有研究裁剪的工作是在基于形狀判定和荷載分析后的特定幾
