膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于其自身的特點(diǎn)不同于一般傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，技術(shù)上必須經(jīng)過如下4個(gè)步驟：

 

       1.建筑方案設(shè)計(jì)

 

       一般同建筑師根據(jù)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(biāo)。

 

       2.找形分析

 

       對于膜結(jié)構(gòu)而言，在沒有施加預(yù)應(yīng)力之前，是沒有結(jié)構(gòu)剛度的，也就是說膜結(jié)構(gòu)任何時(shí)候不存在無應(yīng)力狀態(tài)。由于膜材料本身沒有抗彎剛度，其曲面形狀與預(yù)應(yīng)力的大小和分布是一一對應(yīng)的，因此在控制點(diǎn)坐標(biāo)確定后，給定一合理的預(yù)應(yīng)力值及其分布，才能確定合適的膜曲面形狀。預(yù)應(yīng)力值的大小與分布是需根據(jù)多方面的條件進(jìn)行反復(fù)調(diào)整后綜合確定的，這個(gè)過程叫找形分析。此過程與方案設(shè)計(jì)過程往往密不可分，需反復(fù)調(diào)整方可既滿足建筑形狀的要求又保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理及安全可靠。

 

       3.荷載分析

 

       膜結(jié)構(gòu)的控制荷載通常是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜結(jié)構(gòu)的變形較大，因此精確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布要用幾何非線性方法進(jìn)行。根據(jù)不同工況下計(jì)算出的索、膜、梁、桿等結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力分布的最不利情況，來選定索、膜等材料的型號(hào)及尺寸，確定詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)做法及構(gòu)造措施等。

 

       4.剪裁分析

 

       剪裁分析就是在預(yù)應(yīng)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)，故裁剪線的布置要與計(jì)算時(shí)所設(shè)定的經(jīng)緯向一致，才能保證計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符。膜材料的裁剪下料通常是在無應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的，如何在預(yù)應(yīng)力的形體上進(jìn)行無應(yīng)力狀態(tài)下的裁剪分析，國內(nèi)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、最小二乘法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法與平面熱應(yīng)力原理相結(jié)合的有限元法等方法，但在實(shí)際工程中還必須考慮以下幾點(diǎn)。

 

       1）必須保證索邊界的工作點(diǎn)不變，對于其他硬性邊界，由于構(gòu)件本身存在一定的空間尺度，可根據(jù)實(shí)際情況改變膜的工作點(diǎn)或保持膜的工作點(diǎn)不變，變換連接構(gòu)件的做法，但一般說來后者較困難一些。另外，邊角處膜的剪裁應(yīng)嚴(yán)格按照實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法尺寸進(jìn)行裁剪。

 

       2）確定膜的經(jīng)緯及膜片之間現(xiàn)場拼接縫的位置。膜的經(jīng)緯向布置會(huì)影響觀瞻、膜材的利用率、制作的工作量等，還須與計(jì)算模型相吻合。現(xiàn)場拼接縫處理容易漏雨，所以一般在脊處作為現(xiàn)場縫比較合適。

 

       3）膜材與硬邊界的連接點(diǎn)處，應(yīng)考慮特殊的補(bǔ)償值，以使安裝。

 

       4）膜的剪裁要充分利用膜材料的幅寬，即考慮了熱合搭接長度、預(yù)應(yīng)力伸縮縫補(bǔ)償、邊界做法等因素后，裁出的膜片要盡量接近膜材的幅寬，以提高膜材的利用率。