膜结构建筑的形态基本分析

膜结构是一种以织物膜材和索作为主要受力构件的新型张力结构形式。由于膜材和索本身不具有抗弯刚度，因此必须依靠施加预张力来维持结构形状、抵抗外荷载的作用，这就引出膜结构“形态”的概念。“形”指结构的形状，“态”则指结构处于某一形状时的应力分布状态，对于膜结构在约束条件及边界条件一定的情况下，这两者是一一对应的，共称为“形态”。形态的选择不仅关系到膜结构的美观和实用，更直接影响到结构的力学性能和安全。
 

膜结构的初始形态包含两个方面的含义：一是结构的建筑几何外形，二是合理的预应力分布态。通常来说，在确定的几何边界下，不同的预应力分布对应了不同的膜曲面造型，“不同的预应力分布”包含了两层意思：在同一个膜面上预应力分布的大小差异，以及在相同边界下不同曲面预应力的数量差别。传统的观点认为优化的膜结构形态应该满足“膜面预应力处处相等”的原则，其相应的形状就是小曲面。不可否认，小曲面稳定性好，且膜面几何光滑，但是由于膜结构对荷载作用敏感，所以所谓的优曲面在荷载作用下必然发生较大变形，膜面的预应力分布也必将变得不再均匀，材料的利用率也将变得不再等同。如果膜面在外部荷载作用下预应力分布趋于均匀，那这样的几何构型必然趋较优，但是由于荷载的高度随机性，要预测这样的优曲面是不可能的，因此所谓的膜结构优形态只是一个相对的有条件的概念。

通过对具体膜建筑的功能分析，基于专业的思考和经验的积累，可以提出初步的膜建筑造型方案，从而定出关键点、线、面的约束条件，得到均匀的预应力分布下的小曲面或者应力分布不均匀的平衡曲面的过程就是所谓的找形分析。

膜结构的初始形态确定问题可分为3类：

（1）对应于给定边界的等应力曲面，这类膜结构的初始形态称为小曲面；

（2）对应于初定的曲面几何的尽可能均匀的自平衡预应力系统，这样的曲面称为平衡曲面；

（3）寻找对应于给定边界的平衡非等应力曲面几何。