張拉膜汽車棚設施
| 型號： | SH10 |
|---|---|
| 品牌： | 張拉膜結構 |
| 原產地： | 中國 |
| 類別： | 交通運輸 / 交通配套設施 / 停車場設備 |
| 標籤︰ | 張拉膜結構 , 膜結構 , 停車場設施 |
| 單價： |
¥10
/ 平方米
|
| 最少訂量： | 10 平方米 |
產品描述
1、膜結構與膜材料
1.1 膜結構概念、起源和發展
膜結構(Membrane Structure)，也即張拉膜結構(Tesioned Membrane Structure)，是依靠膜材自身的張拉力和特殊的幾何形狀而構成的穩定的承力體系。膜只能承受拉力而不能受壓和彎曲，其曲面穩定性是依靠互反向的曲率來保障，因此需製作成凹凸的空間曲面，故習慣上又稱空間膜結構。
古老的膜結構在公元前幾千年就已經出現，最早是由天然枝條和獸皮搭成的帳篷(Pavilion)，然後發展到由鐵木和帆布製作成各種各樣的形狀。但是，從歐洲古羅馬帝國、中國漢朝時代到十九世紀末，膜結構幾乎處於一個停滯發展的階段。直到第二次工業革命,化學工業和工程力學迅速發展，高分子合成材料技術得到大力改進，膜材料擺脫茹毛飲血的狀況,現代膜結構才開始蓬勃發展。另外，兩次世界大戰也加快了膜結構的發展。
1917年美國蘭徹斯特建議利用新發明的電力鼓風機將膜布吹脹，作野戰醫院，但沒有真正成為使用的產品。1946年，一位名為貝爾德的人為美國軍方做了一個直徑 15m圓形充氣的雷達罩，由此而衍生出了新的膜結構工業產業。最受人注目的是1967年Frei Otto設計的加拿大蒙特利爾博覽會上的西德館，其以輕質透明有機織片作為頂部結構，開了膜結構商業化的先河。1970年日本大阪萬國博覽會上一座氣承式膜結構的擬橢圓形美國館（尺寸140×83.5m），首次採用了聚氯乙烯(PVC)塗層的玻璃纖維織物，這是世界上第一個大跨度的膜結構。以後，膜結構象雨后春筍，迅速發展。
膜結構的發展總是和膜材（Membrane Material）的進步分不開的，下面先介紹膜材料。
1.2 膜材料的組成和分類
通俗地講，膜材就是氟塑料表面塗層與織物布基按照特定的工藝粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料塗層有PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等。織物布基主要用聚酯長絲（滌綸PES）和玻璃纖維有兩種。
膜材的粘合就是將塗層與基材合二為一組成整體。建築結構所用的膜材大多是以壓延成型和塗刮成型的。所謂壓延成型，就是將選定的軟PVC經塑煉后投入壓延機，按照所需厚度、寬度壓延成膜，立即與布基粘合，再經過軋花、冷卻即可制得壓延膜材。而塗刮成型，則是將聚氯乙烯糊均勻地塗或刮在布基上，再加熱處理即可獲得塗刮膜材，普遍的是採用刮刀直接塗刮，也有採用輥式塗刮的。
根據表面塗層(Coating)和織物基材(Layer)不同，膜材料分為三大類。（1）A類膜材是玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹脂(PTFE)，這種膜材的化學性能極其穩定，露天使用壽命達25年以上，為不燃材料(通過A級防火測試)。(2) B類膜材料是玻璃纖維布基上敷硅酮塗層，由於膜材自身性能欠佳，現在基本不再使用。(3 ) C類型膜材料是聚酯長絲布基上塗聚氯乙烯樹脂(PVC)，這種膜材受自然條件如日晒雨淋等影響較大，一般使用壽命為10年至15年，是難燃材料（(通過B1級防火測試)。
1.3 膜材料的性質
膜作為繼木材、磚石、金屬、混凝土之後的第五代建築結構材料，具有顯著的自身特性。第一代木材和第三代鋼材拉壓性能均良好，第二代磚石和第四代混凝土則只具備良好的抗壓能力，作為第五代的膜材料則只能受拉，沒有承壓和抗彎曲能力，這是膜的最本質的特征。具體地講，膜材的主要特征如下：
（1）拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸強度(Tensionn Strength)、拉伸模量(Modulus of Elasticity)和泊松比(Poisson’s Ratio)三個力學指標。膜材本身不能受壓也不能抗彎，但具有很高的拉伸強度，所以要使膜結構正常工作就必須引入預拉力、並形成互反曲面。通常膜材料的拉伸強度都可達100MPa以上。
模材應力-應變關係是非線性的，一般採用切線模量作為彈性模量，膜材的彈性膜量約為鋼的1/3左右。膜材的泊松比，即橫向變形特征，約為0.2左右。由於膜是雙向受力結構，設計時必須以膜材的雙軸拉伸實驗確定膜的彈性膜量及泊松比。
（2）撕裂強度
膜材是張拉結構材料，其撕裂破坏比受拉破坏要嚴重很多，所以撕裂強度和抗撕裂性能非常重要。PVC塗覆聚酯長絲織物具有中等的撕裂強度，PTFE塗覆玻璃纖維的材料具有較高的撕裂強度。
（3）正交異向性
張拉膜結構曲面需要經向和緯向兩個主軸方向反向曲率來保証，一個方向的曲率向下凹，另一個方向必須向上凸。傳統膜材基材是由經﹑緯向紗線編織而成，因而呈現很強的正交異性性能，經緯向變形能力相差達3-5倍之多。
（4）蠕變和鬆弛
蠕變和鬆弛是膜材的另一個重要特性，也是膜起皺和失效的重要原因，在裁剪分析和加工時需要考慮這個因素。聚酯長絲織物在使用的頭十年里就會因為蠕變喪失50%的預張拉力，相反，玻璃纖維織物要穩定很多。
（5）非力學性質：安全方面的性質，如耐久性、防火性能、防雷性能等；非安全方面性質，如隔音或音響性能、自潔性能等等。
由於膜結構的造型要求和膜材自身特性的原因，膜結構設計與其它結構有很大的不同。膜結構設計包括形狀確定(“找形”，Form Finding)、荷載分析(Loading Case Analysis)和裁剪分析(Cutting Pattern)等三方面內容，下面分別論述。
2 膜結構的形狀確定
2.1 形狀確定的概念
膜結構的形狀確定問題就是確定初始狀態的問題，在許多專著上被稱為“找形”（Form Finding）。膜結構的形狀確定問題有兩種類型：
（1）給定預應力分布的形狀確定問題：預先假定膜結構中應力的分布情況，在根據受力合理或經濟原則進行分析計算，以得到膜的初始幾何狀態。
（2）給定幾何邊界條件的形狀確定問題：預先確定膜結構的幾何邊界條件，然後計算分析預應力分布和空間形狀。
肥皂泡就是最合理的自然找形的膜結構。最初的找形正是通過皂膜比擬來進行，後來發展到用其他彈性材料做模型，通過測量模型的空間坐標來確定形狀，對於簡單的外形也可以用幾何分析法來確定，膜結構找形技術的真正發展來自計算機有限元分析方法的發展。為了尋求膜結構的合理的幾何外形，需要通過計算機的多次迭代才能得到。
常用的計算機找形方法有：力密度法、動力鬆弛法、有限元法。
2.2力密度法
索網結構中拉力與索長度的比值定義為力密度（Force Density）。力密度法（Force Density Method）是由Linkwitz 及 Schek提出來的，原先只是用於索網結構的找形，將膜離散為等代索網，後來，該方法被用於膜結構的找形。把等代為索的膜結構看成是由索段通過結點相連而成，通過指定索段的力密度，建立並求解結點的平衡方程，可得各自由結點的坐標。
不同的力密度值，對應不同的外形。當外形符合要求時，由相應的力密度即可求得相應的預應力分布值。力密度法也可以用於求解最小曲面，最小曲面時膜內應力處處相等，肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。實際上的最小曲面無法用計算機數值計算方法得到，所以工程上常採用指定誤差來得到可接受的較小曲面。
力密度法的優點是只需求解線性方程組，其精度一般能滿足工程要求。用力密度法找形的軟件有德國 EASY（EasyForm）、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
2.3 動力鬆弛法
動力鬆弛法( Dynamic Relaxation Method )是一種專門求解非線性系統平衡狀態的數值方法，他可以從任意假定的不平衡狀態開始迭代得到平衡狀態，最早將這種方法用於索網結構的是 Day 和 Bunce，而 Barnes 則成功地應用於膜結構的找形。
力密度法只是從空間上將膜離散化，而動力鬆弛法從空間和時間兩方面將膜結構體系離散化。空間上的離散化是將結構體系離散為單元和結點，並假定其質量集中于結點上。時間上的離散化，是針對結點的振動過程而言的。初始狀態的結點在激振力作用下開始振動，這時跟蹤體系的動能；當體系的動能達到極值時，將結點速度設置為零，跟蹤過程重新開始，直到不平衡力為極小，達到新的平衡為止。
動力鬆弛法最大特點是迭代過程中不需要形成剛度矩陣，節約了剛度矩陣的形成和分解時間，並可在計算過程中修改結構的拓扑和邊界條件，該方法用於求解給定邊界條件下的平衡曲面。其缺點是迭代步驟往往很多。用動力鬆弛法找形的軟件有英國InTENS、新加坡WinFabric、英國Suface等。
2.4 有限單元法
有限單元法（Finite Element Method）最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。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近平衡狀態，計算收斂越快，但初始幾何的選擇並非容易之事。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，通常採用小楊氏模量或者乾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，以保証結構具有足夠的剛度。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並達到預想的形狀，但其是否滿足使用的要求，還必須進行荷載效應分析。
3、膜結構的荷載分析
3.1 荷載分析的內容和方法
膜結構的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進行的，檢查結構在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預定要求的過程。
膜結構的找形有不同的理論方法，但荷載分析基本上都採用非線性有限元法(Nonlinear Finite Element Method)，即將結構離散為單元和結點，單元與單元通過結點相連，外荷載作用在結點上，通過建立結點的平衡方程，獲得求解。
由於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。當然，膜材本身也是非線性的，在工程應用上時，材料的非線性問題一般不予考慮。
3.2 風荷載作用
膜結構區別於傳統結構的兩個顯著特點是輕和柔。輕，意味着結構自身重量和慣性力小，自重不是主要荷載，地震力可以忽略不計，而風是主要荷載；柔，意味着結構無抗彎剛度，結構對外荷載的抵抗是通過形狀改變來實現的，表現出幾何非線性特征。膜結構的特點決定了膜結構是風敏感結構，抗風設計在膜結構設計中處於主要地位。
膜結構輕、柔、飄的顯著特點決定了膜結構抗風計算的內容也有自身特點。
（1）靜風壓體型係數的確定
風荷載體型係數是描述風壓在結構上不均勻特征的重要參數，一般結構的體形係數可以從荷載規範查得。但膜結構形狀各異，不能從荷載規範直接獲得風壓體型係數。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淨壓係數和平均風載體形係數。由於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。
（2）脈動風壓係數的確定
膜結構在荷載作用下的位移較大，結構位形的變化會對其週圍風場產生影響，所以膜結構的風動力響應過程是流固耦合過程。這種動力過程的風洞試驗必須採用氣動彈性模型，因此實現起來技術難度較大。近年來發展的“數值風洞”技術受到越來越多的重視。這種技術簡單的說就是將計算流體力學（CFD）和計算結構力學（CSD）技術結合起來，用計算流體力學來模擬結構週圍的風場，用計算結構力學來模擬膜結構，再借助某些參數的傳遞來實現兩者之間的耦合作用，不過，該方法還處試驗階段。
（3）風振動力分析
風力可分成平均風和脈動風兩部分。平均風的週期較長，其對結構的作用性質相當于靜力。脈動風的週期較短，其對結構的作用為動力性質。當結構的剛度較小，自振頻率較低時，在脈動風荷載的作用下可能產生較大的變形和振動，所以在設計索膜這類小剛度結構時，應進行風振動力計算。索膜結構具有振型頻譜密集、非線性特征和三維效應不可忽略等特點，針對高層和橋梁結構的風振分析方法不能直接應用。索膜結構的響應與荷載呈非線性關係，對於索膜結構定義荷載風振係數或陣風係數在理論上也是不正確的。
（4）空氣動力失穩
膜結構是風敏感結構，存在空氣動力失穩（Aerodynamic Instability）的問題。從本質上看，結構空氣彈失穩是由於結構在振動過程中從與氣流的振型耦合中吸收能量，當吸收能量大於耗散能量時，就會產生能量累積，當這種能量累積達到某一閥值（臨界風速）后，結構就會從一種低能量（穩定）的振動形式躍遷到另一種高能量（不穩定）的振動形式上去。所以，膜結構存在設計風速作用下的動力失穩問題，幸運的是至今還沒有這方面破坏的膜結構實例。
3.3膜面褶皺問題
結構上的褶皺(Drape)是指因膜面在一個方向上出現壓應力導致膜材屈服而產生的褶皺現象，而結構鬆弛是指膜面在兩個方向上都呈現無張力狀態，故鬆弛的膜面不能承受任何荷載。褶皺判別的兩種方法：（設拉為正、壓為負）
（1）應力準則：若主應力σ2 >0，膜元是張緊的；若σ2 < 0且σ2 > 0，膜元是褶皺的；若σ1 < 0，單元是鬆弛的。
（2）應變準則：若ε2 > 0，膜元是張緊的；若ε2 < 0且ε1 > 0，膜元是褶皺的；若ε1< 0，單元是鬆弛的。在荷載分析中，在每一荷載增量步中對所有的單元進行逐一判別，如發現褶皺單元，可按以下方法處理：
（1）修改單元剛度：減小褶皺單元對結構總體剛度的貢獻，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實際荷載分擔，結果是增加了相臨單元的負擔。
（2）修改結構剛度：回到找形階段，對曲面進行修正，即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。
常用的膜結構幾何非線性荷載分析軟件有：美國ANSYS，德國 EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國InTENS等等。
4、膜結構的裁剪分析
4.1 裁剪分析的內容
上面已經提到，膜結構的分析包括三大方面內容，即形狀確定(Form Finding)、荷載分析(Loading Case Analysis)和裁剪分析（Cutting Pattern）。裁剪分析，就是將由找形得到並經荷載分析復核的空間曲面，轉換成無應力的平面下料圖。裁剪分析包含三個步驟：
（1）空間膜面剖分成空間膜條
膜結構是通過結構來表現造型，空間膜面在剖分成膜條時，要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對美觀的影響；同時膜材是正交異性材料，為使其受力性能最佳，應保証織物的經、緯方向與曲面上的主應力方向盡可能一致；此外，用料最省、縫線最短，也是進行膜面剖分必須考慮的因素。
（2）空間膜條展開成平面膜片
空間膜條展開成平面膜片，即將膜條的三維數據轉化成相應的二維數據，採用幾何方法，簡單可行。但如果膜條本身是個不可展曲面，就得將膜條再剖分成多個單元，採用適當的方法將其展開。此展開過程是近似的，為保証相鄰單元拼接協調，展開時要使得單元邊長的變化為極小。
（3）應力狀態轉化到無應力狀態
從應力狀態到無應力狀態的轉化，即釋放預應力、進行應變補償。膜結構是在預應力狀態下工作的，而平面膜材的下料是在無應力狀態下進行的，為確定膜材的下料圖，需對膜片釋放預應力，並進行應變補償。這裡的補償實際上是縮減，在此基礎上加上熱合縫的寬度，即可得膜材的下料圖。
上述過程，即為裁剪分析。
4.2 測地線裁剪法
裁剪分析與找形技術的產生及發展過程極為相似，都是從測量實物模型開始的，對於簡單規則的可展曲面，可直接利用幾何方法將其展開。現代概念上的裁剪分析，主要還是依賴於計算機技術的發展而發展的。在此過程中，產生了許多方法，如測地線法、有限元法、優化分析法，等等。下面介紹被廣氾應用的測地線法 (Geodesic Line Method) 。
測地線又稱短程線，是大地測量學的概念，其通常被理解為：經過曲面上兩點並存在於曲面上的最短的曲線。所以用測地線作裁剪分析，就是以測地線來剖分空間膜面。這樣做的好處是熱合縫最短、用料較省，但熱合縫的分布及材料經、緯方向的考慮不易把握。
求曲面上的測地線的問題，實際上是一個求曲面上兩點間曲線長度之氾函極值的問題。由於膜結構幾何外形的新奇多變，也就無法得到曲面上兩點間曲線長度的氾函的顯式，所以通常是求極值確定測地線上的若干點，再用線性插值的方法求中間點，從而求得測地線。
有了測地線就可以確定裁剪線：直接以測地線為裁剪線或從一條測地線向另一條測地線作垂線，以垂線中點的連線作為裁剪線。
4.3 應變補償
膜結構是在預張力作用下工作的，而膜材的裁剪下料是在無應力狀態下進行的，因而在確定裁剪式樣時，有一個對膜材釋放預應力、進行應變補償的問題。影響膜材應變補償率的因素可歸納為以下幾個方面：
（1）膜面的預應力值及膜材的彈性模量和泊松比，這是影響應變補償率的最直接因素。
（2）主應力方向與膜材經、緯向纖維間的夾角，這一問題變的重要是因為膜材是正交異性材料。
（3）熱合縫及補強層，熱合縫及補強層的性能不同于單層膜，其應變補償應區別對待。
（4）環境溫度及材料的熱應變性能，尤其是雙層膜結構環境溫度相差較大時，要特別注意。
在荷載分析中，在每一荷載增量步中對所有的單元進行逐一判別，如發現褶皺單元，可按以下方法處理：
（1）修改單元剛度：減小褶皺單元對結構總體剛度的貢獻，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實際荷載分擔，結果是增加了相臨單元的負擔。
（2）修改結構剛度：回到找形階段，對曲面進行修正，即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。
常用的膜結構幾何非線性荷載分析軟件有：美國ANSYS，德國 EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國InTENS等等。膜結構應用參考
1.1 膜結構概念、起源和發展
膜結構(Membrane Structure)，也即張拉膜結構(Tesioned Membrane Structure)，是依靠膜材自身的張拉力和特殊的幾何形狀而構成的穩定的承力體系。膜只能承受拉力而不能受壓和彎曲，其曲面穩定性是依靠互反向的曲率來保障，因此需製作成凹凸的空間曲面，故習慣上又稱空間膜結構。
古老的膜結構在公元前幾千年就已經出現，最早是由天然枝條和獸皮搭成的帳篷(Pavilion)，然後發展到由鐵木和帆布製作成各種各樣的形狀。但是，從歐洲古羅馬帝國、中國漢朝時代到十九世紀末，膜結構幾乎處於一個停滯發展的階段。直到第二次工業革命,化學工業和工程力學迅速發展，高分子合成材料技術得到大力改進，膜材料擺脫茹毛飲血的狀況,現代膜結構才開始蓬勃發展。另外，兩次世界大戰也加快了膜結構的發展。
1917年美國蘭徹斯特建議利用新發明的電力鼓風機將膜布吹脹，作野戰醫院，但沒有真正成為使用的產品。1946年，一位名為貝爾德的人為美國軍方做了一個直徑 15m圓形充氣的雷達罩，由此而衍生出了新的膜結構工業產業。最受人注目的是1967年Frei Otto設計的加拿大蒙特利爾博覽會上的西德館，其以輕質透明有機織片作為頂部結構，開了膜結構商業化的先河。1970年日本大阪萬國博覽會上一座氣承式膜結構的擬橢圓形美國館（尺寸140×83.5m），首次採用了聚氯乙烯(PVC)塗層的玻璃纖維織物，這是世界上第一個大跨度的膜結構。以後，膜結構象雨后春筍，迅速發展。
膜結構的發展總是和膜材（Membrane Material）的進步分不開的，下面先介紹膜材料。
1.2 膜材料的組成和分類
通俗地講，膜材就是氟塑料表面塗層與織物布基按照特定的工藝粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料塗層有PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等。織物布基主要用聚酯長絲（滌綸PES）和玻璃纖維有兩種。
膜材的粘合就是將塗層與基材合二為一組成整體。建築結構所用的膜材大多是以壓延成型和塗刮成型的。所謂壓延成型，就是將選定的軟PVC經塑煉后投入壓延機，按照所需厚度、寬度壓延成膜，立即與布基粘合，再經過軋花、冷卻即可制得壓延膜材。而塗刮成型，則是將聚氯乙烯糊均勻地塗或刮在布基上，再加熱處理即可獲得塗刮膜材，普遍的是採用刮刀直接塗刮，也有採用輥式塗刮的。
根據表面塗層(Coating)和織物基材(Layer)不同，膜材料分為三大類。（1）A類膜材是玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹脂(PTFE)，這種膜材的化學性能極其穩定，露天使用壽命達25年以上，為不燃材料(通過A級防火測試)。(2) B類膜材料是玻璃纖維布基上敷硅酮塗層，由於膜材自身性能欠佳，現在基本不再使用。(3 ) C類型膜材料是聚酯長絲布基上塗聚氯乙烯樹脂(PVC)，這種膜材受自然條件如日晒雨淋等影響較大，一般使用壽命為10年至15年，是難燃材料（(通過B1級防火測試)。
1.3 膜材料的性質
膜作為繼木材、磚石、金屬、混凝土之後的第五代建築結構材料，具有顯著的自身特性。第一代木材和第三代鋼材拉壓性能均良好，第二代磚石和第四代混凝土則只具備良好的抗壓能力，作為第五代的膜材料則只能受拉，沒有承壓和抗彎曲能力，這是膜的最本質的特征。具體地講，膜材的主要特征如下：
（1）拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸強度(Tensionn Strength)、拉伸模量(Modulus of Elasticity)和泊松比(Poisson’s Ratio)三個力學指標。膜材本身不能受壓也不能抗彎，但具有很高的拉伸強度，所以要使膜結構正常工作就必須引入預拉力、並形成互反曲面。通常膜材料的拉伸強度都可達100MPa以上。
模材應力-應變關係是非線性的，一般採用切線模量作為彈性模量，膜材的彈性膜量約為鋼的1/3左右。膜材的泊松比，即橫向變形特征，約為0.2左右。由於膜是雙向受力結構，設計時必須以膜材的雙軸拉伸實驗確定膜的彈性膜量及泊松比。
（2）撕裂強度
膜材是張拉結構材料，其撕裂破坏比受拉破坏要嚴重很多，所以撕裂強度和抗撕裂性能非常重要。PVC塗覆聚酯長絲織物具有中等的撕裂強度，PTFE塗覆玻璃纖維的材料具有較高的撕裂強度。
（3）正交異向性
張拉膜結構曲面需要經向和緯向兩個主軸方向反向曲率來保証，一個方向的曲率向下凹，另一個方向必須向上凸。傳統膜材基材是由經﹑緯向紗線編織而成，因而呈現很強的正交異性性能，經緯向變形能力相差達3-5倍之多。
（4）蠕變和鬆弛
蠕變和鬆弛是膜材的另一個重要特性，也是膜起皺和失效的重要原因，在裁剪分析和加工時需要考慮這個因素。聚酯長絲織物在使用的頭十年里就會因為蠕變喪失50%的預張拉力，相反，玻璃纖維織物要穩定很多。
（5）非力學性質：安全方面的性質，如耐久性、防火性能、防雷性能等；非安全方面性質，如隔音或音響性能、自潔性能等等。
由於膜結構的造型要求和膜材自身特性的原因，膜結構設計與其它結構有很大的不同。膜結構設計包括形狀確定(“找形”，Form Finding)、荷載分析(Loading Case Analysis)和裁剪分析(Cutting Pattern)等三方面內容，下面分別論述。
2 膜結構的形狀確定
2.1 形狀確定的概念
膜結構的形狀確定問題就是確定初始狀態的問題，在許多專著上被稱為“找形”（Form Finding）。膜結構的形狀確定問題有兩種類型：
（1）給定預應力分布的形狀確定問題：預先假定膜結構中應力的分布情況，在根據受力合理或經濟原則進行分析計算，以得到膜的初始幾何狀態。
（2）給定幾何邊界條件的形狀確定問題：預先確定膜結構的幾何邊界條件，然後計算分析預應力分布和空間形狀。
肥皂泡就是最合理的自然找形的膜結構。最初的找形正是通過皂膜比擬來進行，後來發展到用其他彈性材料做模型，通過測量模型的空間坐標來確定形狀，對於簡單的外形也可以用幾何分析法來確定，膜結構找形技術的真正發展來自計算機有限元分析方法的發展。為了尋求膜結構的合理的幾何外形，需要通過計算機的多次迭代才能得到。
常用的計算機找形方法有：力密度法、動力鬆弛法、有限元法。
2.2力密度法
索網結構中拉力與索長度的比值定義為力密度（Force Density）。力密度法（Force Density Method）是由Linkwitz 及 Schek提出來的，原先只是用於索網結構的找形，將膜離散為等代索網，後來，該方法被用於膜結構的找形。把等代為索的膜結構看成是由索段通過結點相連而成，通過指定索段的力密度，建立並求解結點的平衡方程，可得各自由結點的坐標。
不同的力密度值，對應不同的外形。當外形符合要求時，由相應的力密度即可求得相應的預應力分布值。力密度法也可以用於求解最小曲面，最小曲面時膜內應力處處相等，肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。實際上的最小曲面無法用計算機數值計算方法得到，所以工程上常採用指定誤差來得到可接受的較小曲面。
力密度法的優點是只需求解線性方程組，其精度一般能滿足工程要求。用力密度法找形的軟件有德國 EASY（EasyForm）、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
2.3 動力鬆弛法
動力鬆弛法( Dynamic Relaxation Method )是一種專門求解非線性系統平衡狀態的數值方法，他可以從任意假定的不平衡狀態開始迭代得到平衡狀態，最早將這種方法用於索網結構的是 Day 和 Bunce，而 Barnes 則成功地應用於膜結構的找形。
力密度法只是從空間上將膜離散化，而動力鬆弛法從空間和時間兩方面將膜結構體系離散化。空間上的離散化是將結構體系離散為單元和結點，並假定其質量集中于結點上。時間上的離散化，是針對結點的振動過程而言的。初始狀態的結點在激振力作用下開始振動，這時跟蹤體系的動能；當體系的動能達到極值時，將結點速度設置為零，跟蹤過程重新開始，直到不平衡力為極小，達到新的平衡為止。
動力鬆弛法最大特點是迭代過程中不需要形成剛度矩陣，節約了剛度矩陣的形成和分解時間，並可在計算過程中修改結構的拓扑和邊界條件，該方法用於求解給定邊界條件下的平衡曲面。其缺點是迭代步驟往往很多。用動力鬆弛法找形的軟件有英國InTENS、新加坡WinFabric、英國Suface等。
2.4 有限單元法
有限單元法（Finite Element Method）最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。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近平衡狀態，計算收斂越快，但初始幾何的選擇並非容易之事。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，通常採用小楊氏模量或者乾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，以保証結構具有足夠的剛度。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並達到預想的形狀，但其是否滿足使用的要求，還必須進行荷載效應分析。
3、膜結構的荷載分析
3.1 荷載分析的內容和方法
膜結構的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進行的，檢查結構在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預定要求的過程。
膜結構的找形有不同的理論方法，但荷載分析基本上都採用非線性有限元法(Nonlinear Finite Element Method)，即將結構離散為單元和結點，單元與單元通過結點相連，外荷載作用在結點上，通過建立結點的平衡方程，獲得求解。
由於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。當然，膜材本身也是非線性的，在工程應用上時，材料的非線性問題一般不予考慮。
3.2 風荷載作用
膜結構區別於傳統結構的兩個顯著特點是輕和柔。輕，意味着結構自身重量和慣性力小，自重不是主要荷載，地震力可以忽略不計，而風是主要荷載；柔，意味着結構無抗彎剛度，結構對外荷載的抵抗是通過形狀改變來實現的，表現出幾何非線性特征。膜結構的特點決定了膜結構是風敏感結構，抗風設計在膜結構設計中處於主要地位。
膜結構輕、柔、飄的顯著特點決定了膜結構抗風計算的內容也有自身特點。
（1）靜風壓體型係數的確定
風荷載體型係數是描述風壓在結構上不均勻特征的重要參數，一般結構的體形係數可以從荷載規範查得。但膜結構形狀各異，不能從荷載規範直接獲得風壓體型係數。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淨壓係數和平均風載體形係數。由於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。
（2）脈動風壓係數的確定
膜結構在荷載作用下的位移較大，結構位形的變化會對其週圍風場產生影響，所以膜結構的風動力響應過程是流固耦合過程。這種動力過程的風洞試驗必須採用氣動彈性模型，因此實現起來技術難度較大。近年來發展的“數值風洞”技術受到越來越多的重視。這種技術簡單的說就是將計算流體力學（CFD）和計算結構力學（CSD）技術結合起來，用計算流體力學來模擬結構週圍的風場，用計算結構力學來模擬膜結構，再借助某些參數的傳遞來實現兩者之間的耦合作用，不過，該方法還處試驗階段。
（3）風振動力分析
風力可分成平均風和脈動風兩部分。平均風的週期較長，其對結構的作用性質相當于靜力。脈動風的週期較短，其對結構的作用為動力性質。當結構的剛度較小，自振頻率較低時，在脈動風荷載的作用下可能產生較大的變形和振動，所以在設計索膜這類小剛度結構時，應進行風振動力計算。索膜結構具有振型頻譜密集、非線性特征和三維效應不可忽略等特點，針對高層和橋梁結構的風振分析方法不能直接應用。索膜結構的響應與荷載呈非線性關係，對於索膜結構定義荷載風振係數或陣風係數在理論上也是不正確的。
（4）空氣動力失穩
膜結構是風敏感結構，存在空氣動力失穩（Aerodynamic Instability）的問題。從本質上看，結構空氣彈失穩是由於結構在振動過程中從與氣流的振型耦合中吸收能量，當吸收能量大於耗散能量時，就會產生能量累積，當這種能量累積達到某一閥值（臨界風速）后，結構就會從一種低能量（穩定）的振動形式躍遷到另一種高能量（不穩定）的振動形式上去。所以，膜結構存在設計風速作用下的動力失穩問題，幸運的是至今還沒有這方面破坏的膜結構實例。
3.3膜面褶皺問題
結構上的褶皺(Drape)是指因膜面在一個方向上出現壓應力導致膜材屈服而產生的褶皺現象，而結構鬆弛是指膜面在兩個方向上都呈現無張力狀態，故鬆弛的膜面不能承受任何荷載。褶皺判別的兩種方法：（設拉為正、壓為負）
（1）應力準則：若主應力σ2 >0，膜元是張緊的；若σ2 < 0且σ2 > 0，膜元是褶皺的；若σ1 < 0，單元是鬆弛的。
（2）應變準則：若ε2 > 0，膜元是張緊的；若ε2 < 0且ε1 > 0，膜元是褶皺的；若ε1< 0，單元是鬆弛的。在荷載分析中，在每一荷載增量步中對所有的單元進行逐一判別，如發現褶皺單元，可按以下方法處理：
（1）修改單元剛度：減小褶皺單元對結構總體剛度的貢獻，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實際荷載分擔，結果是增加了相臨單元的負擔。
（2）修改結構剛度：回到找形階段，對曲面進行修正，即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。
常用的膜結構幾何非線性荷載分析軟件有：美國ANSYS，德國 EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國InTENS等等。
4、膜結構的裁剪分析
4.1 裁剪分析的內容
上面已經提到，膜結構的分析包括三大方面內容，即形狀確定(Form Finding)、荷載分析(Loading Case Analysis)和裁剪分析（Cutting Pattern）。裁剪分析，就是將由找形得到並經荷載分析復核的空間曲面，轉換成無應力的平面下料圖。裁剪分析包含三個步驟：
（1）空間膜面剖分成空間膜條
膜結構是通過結構來表現造型，空間膜面在剖分成膜條時，要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對美觀的影響；同時膜材是正交異性材料，為使其受力性能最佳，應保証織物的經、緯方向與曲面上的主應力方向盡可能一致；此外，用料最省、縫線最短，也是進行膜面剖分必須考慮的因素。
（2）空間膜條展開成平面膜片
空間膜條展開成平面膜片，即將膜條的三維數據轉化成相應的二維數據，採用幾何方法，簡單可行。但如果膜條本身是個不可展曲面，就得將膜條再剖分成多個單元，採用適當的方法將其展開。此展開過程是近似的，為保証相鄰單元拼接協調，展開時要使得單元邊長的變化為極小。
（3）應力狀態轉化到無應力狀態
從應力狀態到無應力狀態的轉化，即釋放預應力、進行應變補償。膜結構是在預應力狀態下工作的，而平面膜材的下料是在無應力狀態下進行的，為確定膜材的下料圖，需對膜片釋放預應力，並進行應變補償。這裡的補償實際上是縮減，在此基礎上加上熱合縫的寬度，即可得膜材的下料圖。
上述過程，即為裁剪分析。
4.2 測地線裁剪法
裁剪分析與找形技術的產生及發展過程極為相似，都是從測量實物模型開始的，對於簡單規則的可展曲面，可直接利用幾何方法將其展開。現代概念上的裁剪分析，主要還是依賴於計算機技術的發展而發展的。在此過程中，產生了許多方法，如測地線法、有限元法、優化分析法，等等。下面介紹被廣氾應用的測地線法 (Geodesic Line Method) 。
測地線又稱短程線，是大地測量學的概念，其通常被理解為：經過曲面上兩點並存在於曲面上的最短的曲線。所以用測地線作裁剪分析，就是以測地線來剖分空間膜面。這樣做的好處是熱合縫最短、用料較省，但熱合縫的分布及材料經、緯方向的考慮不易把握。
求曲面上的測地線的問題，實際上是一個求曲面上兩點間曲線長度之氾函極值的問題。由於膜結構幾何外形的新奇多變，也就無法得到曲面上兩點間曲線長度的氾函的顯式，所以通常是求極值確定測地線上的若干點，再用線性插值的方法求中間點，從而求得測地線。
有了測地線就可以確定裁剪線：直接以測地線為裁剪線或從一條測地線向另一條測地線作垂線，以垂線中點的連線作為裁剪線。
4.3 應變補償
膜結構是在預張力作用下工作的，而膜材的裁剪下料是在無應力狀態下進行的，因而在確定裁剪式樣時，有一個對膜材釋放預應力、進行應變補償的問題。影響膜材應變補償率的因素可歸納為以下幾個方面：
（1）膜面的預應力值及膜材的彈性模量和泊松比，這是影響應變補償率的最直接因素。
（2）主應力方向與膜材經、緯向纖維間的夾角，這一問題變的重要是因為膜材是正交異性材料。
（3）熱合縫及補強層，熱合縫及補強層的性能不同于單層膜，其應變補償應區別對待。
（4）環境溫度及材料的熱應變性能，尤其是雙層膜結構環境溫度相差較大時，要特別注意。
在荷載分析中，在每一荷載增量步中對所有的單元進行逐一判別，如發現褶皺單元，可按以下方法處理：
（1）修改單元剛度：減小褶皺單元對結構總體剛度的貢獻，即修改褶皺單元的剛度矩陣，從而減小自身的實際荷載分擔，結果是增加了相臨單元的負擔。
（2）修改結構剛度：回到找形階段，對曲面進行修正，即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。
常用的膜結構幾何非線性荷載分析軟件有：美國ANSYS，德國 EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英國InTENS等等。膜結構應用參考
膜結構是一種建築與結構完美結合的結構體系。它是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成具有一定剛度的穩定曲面，能承受一定外荷載的空間結構形式。其造型自由輕巧、阻燃、製作簡易、安裝快捷、能易於、使用安全等優點，因而使它在世界各地受到廣氾應用。這種結構形式特別適用於大型體育場館、人口廊道、小品、公眾休閑娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域。
膜結構建築形式的分類：
從結構上分可分為：骨架式膜結構，張拉式膜結構，充氣式膜結構3種形式
1.骨架式膜結構（Frame Supported Structure）
以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純,開口部不易受限制，且經濟效益高等特點，廣氾適用於任何大,小規模的空間。
2.張拉式膜結構（Tension Suspension Structure）
以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安定的形式。除了可實踐具創意，創新且美觀的造型外,也是最能展現膜結構精神的構造形式. 近年來，大型跨距空間也多採用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高，結構性能強，且具豐富的表現力，所以造價略高于骨架式膜結構。
3.充氣式膜結構（Pneumatic Structure）
充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構週邊，利用送風系統讓室內氣壓上升到一定壓力后，使屋頂內外產生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓來支撐，及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續運行及機器維護費用的成本上較高
膜結構建築形式的分類：
從結構上分可分為：骨架式膜結構，張拉式膜結構，充氣式膜結構3種形式
1.骨架式膜結構（Frame Supported Structure）
以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純,開口部不易受限制，且經濟效益高等特點，廣氾適用於任何大,小規模的空間。
2.張拉式膜結構（Tension Suspension Structure）
以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安定的形式。除了可實踐具創意，創新且美觀的造型外,也是最能展現膜結構精神的構造形式. 近年來，大型跨距空間也多採用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高，結構性能強，且具豐富的表現力，所以造價略高于骨架式膜結構。
3.充氣式膜結構（Pneumatic Structure）
充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構週邊，利用送風系統讓室內氣壓上升到一定壓力后，使屋頂內外產生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓來支撐，及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續運行及機器維護費用的成本上較高
張拉膜結構的概念設計
一、從結構方式上大致可分為骨架式,張拉式,充氣式膜結構3種形式
1.骨架式膜結構(Frame Supported Structure)
以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架后,在其上方張拉膜材的構造形式,下部支撐結構安定性高,因屋頂造型比較單純,開口部不易受限制, 且經濟效益高等特點,廣氾適用於任何大,小規模的空間。
2.張拉式膜結構(Tension Suspension Structure)
以膜材,鋼索及支柱構成,利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安定的形式.除了可實踐具創意,創新且美觀的造型外,也是最能展現膜結構精神的構造形式。近年來,大型跨距空間也多採用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高,結構性能強,且具豐富的表現力,所以造價略高于骨架式膜結構。
3.充氣式膜結構(Pneumatic Structure)
充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構週邊,利用送風系統讓室內氣壓上升到一定壓力后,使屋頂內外產生壓力差,以抵抗外力,因利用氣壓來支撐,及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐,可得更大的空間,施工快捷,經濟效益高,但需維持進行24小時送風機運轉,在持續運行及機器維護費用的成本上較高。
二、膜材料用於膜結構建築中的膜材是一種具有強度,柔韌性好的薄膜材料,是由纖維編織成織物基材,在其基材兩面以樹脂為塗層材所加工固定而成的材料,中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維,而作為塗層材使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂硅酮(silicon)及聚四氟乙烯樹脂在力學上織物基材及塗層材分別具有影響下列的功能性質。
織物基材——抗拉強度,抗撕裂強度,耐熱性,耐久性,防火性。(PTFE),(PVC),
織物基材——抗拉強度,抗撕裂強度,耐熱性,耐久性,防火性。(PTFE),(PVC),
塗 層 材——耐候性,防污性,加工性,耐水性,耐品,透光性。
PVDF
PVDF是二氟化樹脂(Polyvinylidene Fluoride)的略稱,在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂塗層的材料稱為PVDF膜.PVDF膜與一般的PVC膜比較,耐用年限改善至7~10年左右.
PVF
PVF是一氟化樹脂(Polyvinyl Fluoride)的略稱。PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹脂做薄膜狀薄片(laminate)加工,比PVDF膜的耐久性更佳,更具有防沾污的優點.但因為加工性,施工性與防火性都不佳,所以使用用途受到限制。
PTFE膜(PTFE Coated Fiberglass)
PTFE膜是在超細玻璃纖維織物上,塗以聚四氟乙烯樹脂而成的材料.PTFE膜最大的特微就是耐久性,防火性與防污性高.但PTFE膜與PVC膜比較,材料費與加工費高,且柔軟性低,在施工上為避免玻璃纖維被折斷,須有專用治工具與施工技術。
耐久性:塗層材的PTFE對酸,碱等化學物質及紫外線非常安定,不易發生變色或破裂.玻璃纖維在經長期使用后,不會引起強度劣化或張力減低.膜材顏色一般為白色,透光率高,耐久性在25年以上。
防污性:因塗層材為聚四氟乙烯樹脂,表面摩擦係數低,所以不易污染,可藉由雨水洗淨。
防火性:PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗合格的特性,可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。
四、工程應用體育設施—體育場館,健身中心等交通設施—機場,火車站,公交車站,高速公路收費站,加油站等文化設施—展覽/會議中心,劇場,博物館,動物園,水族館等景觀設施—建築入口,泳池小品,小區長廊,戶外廣場,公園小品,標識性建築等商業設施—購物中心,餐廳,步行街等工業設施—工廠,倉庫,污水處理中心,物流中心,溫室等張拉膜結構的概念設計只有正確表達結構邏輯的建築纔有強大的說服力與表現力"這句話揭示了張拉膜結構的精髓.對於張拉膜結構,任何附加的支撐和修飾都是多餘的,其結構本身就是造型;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.張拉膜結構的美就在於其"力"與"形"的完美結合。
張拉膜結構的基本組成單元通常有:膜材,索與支承結構(桅桿,拱或其他剛性構件)。
膜材一種新興的建築材料,已被公認為是繼磚,石,混凝土,鋼和木材之後的"第六種建築材料".膜材本身不能受壓也不能抗彎,所以要使膜結構正常工作就必須引入適當的預張力.此外,要保証膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面.傳統結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力;而膜結構是通過改變形狀來分散荷載,從而獲得最小內力增長的.當膜結構在平衡位置附近出現變形時,可產生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的;另一個是由材料應變引起的.通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個膜片具有良好的剛度,就應儘量形成負高斯曲面,即沿對角方向分別形成"高點"和"低點"."高點"通常是由桅桿來提供的,也許是由於這個原因,有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸挂膜結構(suspension membrane)。
索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長度,使薄膜表面更易形成較大的曲率.有文獻指出,膜材的自由支承長度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大於500平米.此外,索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐,從而保証不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌。
張拉膜結構的基本組成單元通常有:膜材,索與支承結構(桅桿,拱或其他剛性構件)。
膜材一種新興的建築材料,已被公認為是繼磚,石,混凝土,鋼和木材之後的"第六種建築材料".膜材本身不能受壓也不能抗彎,所以要使膜結構正常工作就必須引入適當的預張力.此外,要保証膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面.傳統結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力;而膜結構是通過改變形狀來分散荷載,從而獲得最小內力增長的.當膜結構在平衡位置附近出現變形時,可產生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的;另一個是由材料應變引起的.通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個膜片具有良好的剛度,就應儘量形成負高斯曲面,即沿對角方向分別形成"高點"和"低點"."高點"通常是由桅桿來提供的,也許是由於這個原因,有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸挂膜結構(suspension membrane)。
索作為膜材的彈性邊界,將膜材劃分為一系列膜片,從而減小了膜材的自由支承長度,使薄膜表面更易形成較大的曲率.有文獻指出,膜材的自由支承長度不宜超過15米,且單片膜的覆蓋面積不宜大於500平米.此外,索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐,從而保証不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌。
膜結構設計主要包括以下內容:
1、初始態分析:確保生成形狀穩定,應力分布均勻的三維平衡曲面,並能夠抵抗各種可能的荷載工況;這是一個反復修正的過程.
2、荷載態分析:張拉膜結構自身重量很輕,僅為鋼結構的1/5,混凝土結構的1/40;因此膜結構對地震力有良好的適應性,而對風的作用較為敏感.此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用.由於目前觀測資料尚少,故對膜結構的設計通常採用安全係數法.
3、主要結構構件尺寸的確定,及對支承結構的有限元分析.當支承結構的設計方法與膜結構不同時,應注意不同設計方法間的係數轉換.
4、連接設計:包括螺栓,焊縫和次要構件尺寸.
5、剪裁設計:這一過程應具備必要的試驗數據,包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值(應通過雙軸拉伸試驗確定).
膜結構在方案階段需要考慮的問題有:
1、預張力的大小及張拉方式;
2、根據控制荷載來確定膜片的大小和索的佈置方式;
3、考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水(雪);
4、關鍵節點的設計,以避免應力集中;
5、考慮膜材的運輸和吊裝;
6、耐久性與防火考慮。
膜結構研究的主要問題有:
1,找形(Form-finding)或更進一步叫"形態理論";
2,考慮膜材鬆弛和各向異性下的結構響應;
3,結構在風荷載作用下的動力穩定性;
4,裁剪優化;
5,膜與索及支承結構間的相互作用。
常用建築膜材包括:
(1) PTFE膜材：由聚四氟乙烯（PTFE）塗層和玻璃纖維基層復合而成。PTFE膜材品質卓越，價格也較高。
(2) PVC膜材：由聚氯乙烯（PVC）塗層和聚酯纖維基層復合而成，應用廣氾，價格適中。
(3) 加面層的PVC膜材：在PVC膜材表面塗覆聚偏氟乙烯或聚氟乙烯，性能優于純 PVC膜材，價格相應略高于純PVC膜材。建材簡介：鉉達膜材料是目前在國外應用已經非常廣氾的一種新型建築材料，它可廣氾用作建造雨棚涼棚遮陽棚等建築物，它可使建築物造型明快，簡潔，富含藝朮，它還可用來建造倉庫，廠房，簡易房等，它可以保暖，保濕，透光，防污自潔，施工簡單，無建築垃圾等優點。上海國際機場，世紀公園等，已有許多場所有應用該材料建造的建築物。工程類別：各種膜結構的停車遮陽棚體育場館收費站加油站 公園休閑亭 度假旅遊景點賓館遮陽設施 家庭遮雨棚（可替代鋁合金頂棚）各種簡易棚簡易小屋 各種倉庫廠房賓館藝朮造型廣場遮 陽棚 展覽棚 結構優點：簡捷明快造型美觀施工快捷建材簡約樣式多變用途廣氾。
膜結構是一種建築與結構完美結合的結構體系。它是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成具有一定剛度的穩定曲面，能承受一定外荷載的空間結構形式。其造型自由輕巧、阻燃、製作簡易、安裝快捷、節能、易於、使用安全等優點，因而使它在世界各地受到廣氾應用。這種結構形式特別適用於大型體育場館、人口廊道、小品、公眾休閑娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域。
張拉膜結構(Tesioned Membrane Structure)，是依靠膜自身的張拉應力與支撐杆和拉索共同構成機構體系。在陽光的照射下，由膜覆蓋的建築物內部充滿自然漫射光，無強反差的着光面與陰影的區分，室內的空間視覺環境開闊和諧。夜晚，建築物內的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，建築物的體型顯現出夢幻般的效果。張拉膜結構特別適合用來建造城市標誌性建築的屋頂，如體育與娛樂性場館，需有廣告效應的商場、餐廳等。城市的交通樞紐是城市命脈的關鍵性建築，使用功能要求建築物各組成單元的標誌明確。因而近來年，這類建築越來越多採用膜結構。建築膜材料的使用壽命為25年以上。在使用期間，在雪或風荷載作用下均能保持材料的力學形態穩定不變。建成于1973年的美國加州La Verne大學的學生活動中心是已有23年曆史的張拉膜結構建築．跟蹤測試與材料的加載與加速氣候變化的試驗，証明它的膜材料的力學性能與化學穩定性指標下降了20％至30％，但仍可正常使用。膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學物質的微粒極難附着與滲透，經雨水的沖刷建築膜可恢復其原有的清潔面層與透光性。
張拉式膜結構
張拉整體結構（Tensegrity）是由一組連續的拉杆和連續的或不連續的壓杆組合而成的自應力、自支撐的網狀杆系結構，其中“不連續的壓杆”的含義是壓杆的端部互不接觸，即一個節點上只連接一個壓杆。 Tensegrity是美國建築師 R.B.Fuller首先提出的一種結構思想，他認為宇宙的運行就是按照張拉整體的原理進行的，即萬有引力是一個平衡的張力網，各個星球是這個網中的一個個孤立點。這種結構體系中的索網就相當于宇宙中的萬有引力，獨立的受壓杆件相當于宇宙中的星球。
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