東莞聯新鋼結構公司，根據介紹張拉膜這種張力結構來說明張力結構設計的關鍵問題，總結了其在荷載、受力、分析等方面有別于一般建筑結構的特點。鋼結構咨詢：13712888052闕生。

一、張力結構設計的一般原則

張力結構體系的分析設計應分為三個狀態：初始幾何態、預應力（初）態和荷載（終）態。雖然，在張力結構體系的初始幾何態分析時也需考慮預應力，但是，初始幾何態的預應力分析僅是為了張成曲面幾何外形，而預應力態時的預應力分析才是結構的剛度分析。應該說剛度設計是結構設計的主要內容，通過調整預應力來改變結構剛度，從而改變結構的力流，改變結構性能。在設計中增加截面并不是一種好的方法，改變形態、改變剛度可以收到事半功倍的效果。荷載態的分析主要是進行強度校核。

在剛性結構設計中，結構的幾何外形是已定的，結構的變形也不影響結構的剛度特征。然而在張力結構設計中，尋求初始幾何外形的分析和設計是十分重要的。如果結構的幾何外形設計好，不是使結構處于病態，就是使結構產生過大的張力而導致下部結構或邊緣構件的設計產生困難。對于復雜體形的張力結構，其幾何外形的設計伴隨著維持其曲面張成所需的預應力設計。張力結構的初始幾何外形設計的難度和分析設計重要性均甚于荷載態時的分析設計。

在張力結構的設計中，要保證能施加足夠的預應力，必須有合適的節點構造。張力結構的節點除了具有一般節點的設計要求以外，還有區別于傳統結構節點的顯著特點，即該類節點具有互索的功能。例如，與節點相連的索單元拉力和桿單元壓力使得節點的剛度得到加強。張力結構的節點剛度是與體系的應力水平相適應的，這也是與傳統的結構體系的重要區別。

二、索膜結構的設計

張拉膜結構是膜結構中*常見的一種形式,即通過對膜材內部施加一定的預張力,使其具備了抵抗外荷載能力,從而充當結構材料的一種結構體系。張拉膜結構是通過給膜材及加勁索施加預張力使之具有剛度并承擔外荷載的結構，又稱之為索－膜結構。這種形式能夠充分利用膜材的受力性能,形成輕巧、美觀、具有現代感的空間大跨曲面結構,并且施工簡單、快捷,成本低,在國外已經被廣泛應用于商業建筑、體育建筑、工業建筑、戶外設施、文化娛樂建筑等各種領域,目前在我國,相應的應用開發工作也已逐漸展開,并且無疑存在著巨大的發展前景。

1．索膜結構的設計過程

張力結構屬于柔性結構，因此其設計過程不同于一般傳統的剛性結構。其設計一般可以分為3個階段：形態分析，荷載分析和裁剪分析。

（1）形態分析

形態分析包括結構初始試形狀的確定和結構初始幾何態的分析，即找形分析的過程。其目的是確定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。結構在外部荷載作用下從初始狀態變形至工作狀態的問題是彈性和彈塑性變形問題，可以采用非線性有限元予以求解。 

（2）荷載分析

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。在進行荷載分析時，應對計算的各個單元中的**應力和*小應力進行判斷。若在迭代過程中出現膜的褶皺或松弛，應相應修改其單元本構矩陣后再進行下一步的迭代。

（3）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?，F有研究裁剪的工作是在基于形狀判定和荷載分析之后的特定幾何外形上進行的。裁剪分析中*棘手的問題是考慮初始預應力造成的膜材經、緯方向的伸長對裁剪下料的影響。膜結構是張力結構的一種，其整體剛度主要由初始預應力提供，單片膜材的裁剪和拼接是在無應力狀態下進行的，而結構張成后膜材必須處于全張力狀態。裁剪分析過程中，必須選定合適的裁剪式樣并精確確定連接坐標，把膜材由空間的預應力狀態還原為平面的無應力狀態。而一般情況下這時所對應的結構的整體剛度趨于零。據此建立的非線性方程組將變為奇異方程組，這樣得到的解可能是病態的。所以如何把膜材由預應力狀態還原為無應力狀態是進行膜結構裁剪分析中的關鍵技術，但這個問題至今還未得到很好的解決。

由于裁剪分析與膜結構的形狀、大小、曲率、材性等許多因素有關，使得目前各種裁剪方法得應用均受到一定程度得限制。裁剪分析方法總得來說分為3大類：物理模型方法，幾何模型方法，平衡模型方法。平衡模型方法以其靈活，迅速、準確的特點已占據了膜結構裁剪分析發展和應用的主要領域。目前比較成熟的平衡模型方法主要有：力密度法，動力松弛法，離散超限變換投影法。