常用的膜结构找形方法有:力密度法、动力松弛法、有限元法。
力密度法
索网结构中拉力与索长度的比值定义为力密度(ForceDensity)。力密度法(ForceDensityMethod)是由Linkwitz及Schek提出来的,原先只是用于索网结构的找形,将膜离散为等代索网,后来,该方法被用于膜结构的找形。把等代为索的膜结构看成是由索段通过结点相连而成,通过特定索段的力密度,建立并求解结点的平衡方程,七字车棚膜结构,可得各自由结点的坐标。
不同的力密度值,对应不同的外形。当外形符合要求时,由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。力密度法也可以用于求解小曲面,膜结构充电桩,小曲面时膜内应力处处相等,肥皂膜就是小曲面的例子。实际上的小曲面无法用计算机数值计算方法得到,所以工程上常采用特定误差来得到可接受的较小曲面。
力密度法的优点是只需求解线性方程组,膜结构,其精度一般能满足工程要求。用力密度法找形的软件有德国EASY(EasyForm)、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
索膜结构是建筑结构中新发展起来的一种形式,它以性能优良的织物为材料,或是向膜内充气,由空气压力支撑膜面,或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧,形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度结构空间的体系。
膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案,也成为化纤纺织品应用的一个重要领域,在中国建筑结构中也有长足的进展。现阶段国内有好多厂家都能生产有PVC涂层聚酯织物,公园景区膜结构,但其性能尚未能完全达到建筑织物的要求,作为建筑用的材料尚需进一步提高。
膜结构的特性
力学性能
中等强度的PVC膜:其厚度仅0.61mm,但它的拉伸强度相当于钢材的一半。中等强度的PTFE膜:其厚度0.8mm,但它的拉伸强度已达到钢材的水平。膜材的弹性模量较低,这有利于膜材形成复杂的曲面造型。
光学性能
可滤除大部分紫外线,防止内部物品褪色。其对自然光的透射率可达25%,透射光在结构内部产生均匀的漫射光,无阴影,无眩光,具有良好的显色性,夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下,膜结构表面发出自然柔和的光辉,令人陶醉。