膜結構的設計由于其自身的特點(diǎn)不同于一般傳統結構形式,技術(shù)上必須經(jīng)過(guò)如下4個(gè)步驟:
一、建筑方案設計(architecture design)
一般同建筑師根據業(yè)主的意圖、功能要求、環(huán)境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空、體量等,并基本確定各控制點(diǎn)的坐標。綜合考慮經(jīng)濟和施工工藝等技術(shù)條件,與膜結構工程師、業(yè)主及施工技術(shù)人員等一起確定經(jīng)濟合理的初步設計方案。

二、找形分析(form-finding)
對于膜結構而言,在沒(méi)有施加預應力之前,是沒(méi)有結構剛度的,也就是說(shuō)膜結構任何時(shí)候不存在無(wú)應力狀態(tài)。由于膜材料本身沒(méi)有抗彎剛度,其曲面形狀與預應力的大小和分布是一一對應的,因此在控制點(diǎn)坐標確定后,給定一合理的預應力值及其分布,才能確定合適的膜曲面形狀。預應力值的大小與分布是需根據多方面的條件進(jìn)行反復調整后綜合確定的,這個(gè)過(guò)程叫找形分析。此過(guò)程與方案設計過(guò)程往往密不可分,需反復調整方可既滿(mǎn)足建筑形狀的要求又保證結構的經(jīng)濟合理及安全可靠。
三、荷載分析(load-analysis)
膜結構的控制荷載通常是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜結構的變形較大,因此精確計算結構的變形和應力分布要用幾何非線(xiàn)性方法進(jìn)行。根據不同工況下計算出的索、膜、梁、桿等結構構件中的內力分布的更不利情況,來(lái)選定索、膜等材料的型號及尺寸,確定詳細的節點(diǎn)做法及構造措施等。因此,經(jīng)濟安全的索建筑必須經(jīng)過(guò)仔細地內力分析后才能完成,不是憑經(jīng)驗拍在腦袋就能確定的了的,是不能用搭帳篷的的傳統思想不設計膜結構的。

四、剪裁分析(cutting)
剪裁分析就是在預應力狀態(tài)下的曲面形體上尋求合理的裁剪位置及其分布,然后按照一定的方法三維曲面展開(kāi)為二維平面。為物盡其用,一般要按照膜材料幅寬進(jìn)行裁剪,但要兼顧到膜面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質(zhì),故裁剪線(xiàn)的布置要與計算時(shí)所設定的經(jīng)緯向一致,才能保證計算結果與實(shí)際相符。膜材料的裁剪下料通常是在無(wú)應力狀態(tài)下進(jìn)行的,如何在預應力的形體上進(jìn)行無(wú)應力狀態(tài)下的裁剪分析,國內外的學(xué)者已進(jìn)行了較為深入的研究,提出了諸如幾何法、更小二乘法、動(dòng)態(tài)規劃法與平面熱應力原理相結合的有限元法等方法。