膜結(jié)構(gòu)找形分析是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它涉及到確定膜結(jié)構(gòu)的初始平衡形態(tài)和預(yù)應(yīng)力分布。

 1. 找形分析的目的

 膜結(jié)構(gòu)在沒(méi)有施加預(yù)應(yīng)力之前，是沒(méi)有結(jié)構(gòu)剛度的，因此需要通過(guò)找形分析確定合適的膜曲面形狀和預(yù)應(yīng)力分布。

 找形分析的主要目的是在滿足建筑形狀要求的同時(shí)，保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。

 2. 找形分析的原則

 綜合考慮建筑的平面、立面要求和建筑功能，以及下部支承條件等因素，確定符合邊界條件和力學(xué)平衡要求的曲面形狀。

 打破傳統(tǒng)的“先建筑，后結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)方式，要求建筑師和結(jié)構(gòu)師在方案建議階段便緊密結(jié)合在一起，共同確定建筑物的外形。

 3. 找形分析的重要參數(shù)

 結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系：不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接關(guān)系。

 體力和面力：結(jié)構(gòu)自重和外荷載，找形階段外荷載通常為零。

 結(jié)構(gòu)幾何形狀：找形階段所要求解的，一般屬于未知量。

 幾何邊界條件：由結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)建筑條件和施工條件等因素來(lái)綜合確定。

 初始預(yù)張力的大小和分布：根據(jù)多方面的條件進(jìn)行反復(fù)調(diào)整后綜合確定。

 4. 找形分析的步驟

 初始曲面的選取：可以根據(jù)結(jié)構(gòu)大體的平面形狀，用解析曲面或者一些數(shù)值擬合曲面如Bezier曲面、Coons曲面、樣條曲面等來(lái)作為形狀判定的初始曲面。

 確定邊界和控制點(diǎn)：根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求，確定初始曲面的邊界和一些控制點(diǎn)，這些控制點(diǎn)的坐標(biāo)是已知的。

 張拉控制點(diǎn)：將控制點(diǎn)張拉到指定的位置，整個(gè)曲面在這個(gè)過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形，最終求出所需的曲面形狀。

 預(yù)應(yīng)力判定：在形狀判定后，需要找出與前一步找出的幾何外形相對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布，也就是維持這樣的幾何所需的預(yù)應(yīng)力。

 5. 找形分析的注意事項(xiàng)

 曲面的彎曲應(yīng)在兩個(gè)方向上互反，即應(yīng)為負(fù)高斯曲面，以有效傳遞外荷載。

 避免出現(xiàn)大面積的扁平區(qū)域，以增加曲面的剛度。

 曲面上的高低起伏宜平緩，避免出現(xiàn)“尖角”，以減少應(yīng)力集中。

 合理確定支承點(diǎn)的位置，以保證膜面具有較大的曲率。

 6. 計(jì)算工具與方法

 通常采用膜結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行找形分析，如德國(guó)TECHNET公司的EASY軟件、意大利的Forten軟件等。

 也可采用有限元通用軟件如ANSYS等進(jìn)行找形計(jì)算，基于非線性有限元計(jì)算原理，采用“小彈?！狈椒ǖ确椒ㄟM(jìn)行計(jì)算。