呼和(hé)浩特膜結構設計(jì)的(de)特殊性
呼和(hé)浩特膜結構不(bù)同于一(yī)般的(de)傳統結構，由于呼和(hé)浩特膜結構不(bù)存在穩定的(de)無應力狀态，需要(yào)施加一(yī)定就(jiù)必領對(duì)曲面施加的(de)預應力作(zuò)計(jì)算(suàn)分(fēn)析，保證曲面造型同時(shí)有(yǒu)一(yī)定的(de)結構承載力和(hé)剛度。
由于呼和(hé)浩特膜結構設計(jì)的(de)特殊性所以設計(jì)過程需要(yào)分(fēn)為(wèi)兩個(gè)階段，形态分(fēn)析階段和(hé)荷載狀态分(fēn)析階段。
1.形态分(fēn)析階段
在形态分(fēn)析階段中包含初始（幾何）形态建立和(hé)初始形态的(de)确定兩部分(fēn)內(nèi)容。
(1）初始(幾何）形态建立是(shì)建築師(shī)根據其設計(jì)經驗靈感和(hé)膜結構造型規律創造出的(de)建築形式，這(zhè)成為(wèi)整個(gè)膜結構體(tǐ)系進行(xíng)深化(huà)的(de)基礎，立足于此，相(xiàng)關的(de)工(gōng)作(zuò)步驟可(kě)以得(de)到(dào)相(xiàng)應的(de)開(kāi)展。
(2）初始形态的(de)确定是(shì)結構師(shī)根據建築師(shī)提供的(de)初始（幾何）形态尋找滿足控制(zhì)點邊界條件(jiàn)和(hé)初始預應力荷載平衡條件(jiàn)的(de)膜結構形狀，以及與之相(xiàng)關的(de)初始預應力分(fēn)布。即通(tōng)常所說(shuō)的(de) “找形”。事(shì)實上(shàng)，找形的(de)目的(de)不(bù)僅僅是(shì)找出一(yī)個(gè)滿足平衡的(de)形狀，還(hái)包括對(duì)所找出曲面的(de)預應力及剛度的(de)分(fēn)析，或者說(shuō)是(shì)對(duì)曲面的(de)病态判别及其修改。
總之，膜結構的(de) “自(zì)由造型” 需要(yào)滿足力學平衡。膜結構的(de)造型設計(jì)，需要(yào)建築師(shī)與結構師(shī)共同完成。
2.荷載狀态分(fēn)析階段
荷載分(fēn)析是(shì)檢驗結構能(néng)否在實際環境中風(fēng)、雨(yǔ)或雪(xuě)等荷載作(zuò)用(yòng)下(xià)正常工(gōng)作(zuò)，不(bù)發生(shēng)過大(dà)的(de)變形和(hé)不(bù)出現(xiàn)褶皺和(hé)松弛。
從(cóng)結構的(de)設計(jì)、使用(yòng)和(hé)美(měi)觀等角度來(lái)說(shuō)，都(dōu)不(bù)應出現(xiàn)膜面的(de)褶皺和(hé)素的(de)松弛現(xiàn)象。若不(bù)然，應重新進行(xíng)形态分(fēn)析，直到(dào)形态和(hé)荷載分(fēn)析均達到(dào)要(yào)求。作(zuò)用(yòng)在張拉膜結構上(shàng)的(de)外(wài)荷載一(yī)般有(yǒu)自(zì)重、雪(xuě)荷載、風(fēng)荷載、溫度應力等，這(zhè)些(xiē)因素都(dōu)會(huì)對(duì)膜結構的(de)設計(jì)産生(shēng)一(yī)定的(de)影(yǐng)響，而決定最終的(de)造型可(kě)能(néng)。因此，在膜結構設計(jì)過程中，需要(yào)在形态分(fēn)析的(de)基礎上(shàng)，将材料的(de)本構關系和(hé)荷載狀況輸人(rén)計(jì)算(suàn)機(jī)，通(tōng)過相(xiàng)應專業(yè)軟件(jiàn)計(jì)算(suàn)可(kě)求出荷載作(zuò)用(yòng)下(xià)的(de)張拉膜結構變形和(hé)單元應力狀态。同時(shí)，在進行(xíng)荷載分(fēn)析時(shí)，需要(yào)對(duì)計(jì)算(suàn)的(de)各單元中的(de)最大(dà)應力和(hé)最小(xiǎo)應力進行(xíng)判斷。在叠代計(jì)算(suàn)過程中若出現(xiàn)膜的(de)褶皺或松弛情況，應相(xiàng)應修改其單元本構矩陣後再進行(xíng)下(xià)一(yī)步叠代計(jì)算(suàn)，以達到(dào)最後的(de)受力體(tǐ)系的(de)平衡。這(zhè)一(yī)環節主要(yào)由結構師(shī)完成。
嚴格來(lái)講，在建築、結構技(jì)術(shù)設計(jì)基本完成，繪制(zhì)施工(gōng)圖前，還(hái)應對(duì)确定的(de)造型進行(xíng)裁剪分(fēn)析。膜結構的(de)裁剪分(fēn)析是(shì)膜結構設計(jì)中的(de)一(yī)個(gè)關鍵技(jì)術(shù)。現(xiàn)有(yǒu)研究裁剪的(de)工(gōng)作(zuò)是(shì)在基于形狀判定和(hé)荷載分(fēn)析後的(de)特定幾何外(wài)形上(shàng)進行(xíng)。
裁剪分(fēn)析中，最棘手的(de)問(wèn)題是(shì)考慮初始預應力造成的(de)膜材經、緯方向的(de)伸長(cháng)對(duì)裁剪下(xià)料的(de)影(yǐng)響。由于膜結構是(shì)張力結構的(de)一(yī)種-其整體(tǐ)剛度主要(yào)由初始預應力提供。單片膜材的(de)裁剪和(hé)拼接是(shì)在無應力狀态下(xià)進行(xíng)的(de)，而結構張成後膜材必領處于全張力狀态，裁剪分(fēn)析過程中必須選定合适的(de)裁剪式樣并精确确定連接坐(zuò)标，把膜材由空(kōng)間(jiān)的(de)預應力狀态還(hái)原為(wèi)平面的(de)無應力狀态。所以，如(rú)何把膜材由預應力狀态還(hái)原為(wèi)無應力狀态是(shì)進行(xíng)膜結構裁剪分(fēn)析中的(de)關鍵技(jì)術(shù)，但(dàn)這(zhè)個(gè)問(wèn)題至今還(hái)未得(de)到(dào)很(hěn)好(hǎo)的(de)解決。由于裁剪分(fēn)析與膜結構的(de)形狀、大(dà)小(xiǎo)、曲率、材性等許多(duō)因素有(yǒu)關，使得(de)目前各種裁剪方法的(de)應用(yòng)均受到(dào)一(yī)定程度的(de)限制(zhì)。根據已有(yǒu)的(de)資料進行(xíng)總結，裁剪分(fēn)析方法總的(de)來(lái)說(shuō)分(fēn)為(wèi)：物(wù)理(lǐ)模型方法，幾何模型方法，平衡模型方法。正是(shì)由于膜結構所用(yòng)的(de)材料的(de)特殊性決定了(le)其結構設計(jì)的(de)特殊性，區(qū)别于一(yī)般傳統的(de)建築設計(jì)中的(de)結構設計(jì)。
