膜結構初始形態(tài)分析之物理模型找形法

初始形態(tài)分析的目的是確定膜結構在給定邊界和預張力條件下的初始平衡曲面，為后續(xù)的荷載效應分析和裁剪分析提供準確計算模型。初始形態(tài)分析是一般工程分析的反問題，是個由給定“態(tài)”來求對應“形”的過程，因此也常被稱為找形(formfinding)。膜結構的找形方法主要有物理模型法和數(shù)值分析法。

物理模型找形法

物理模型法是利用肥皂膜、橡膠膜等可形成純張力作用的柔性材料模擬實際膜結構的工作狀態(tài)，通過調整邊緣構件f如鐵絲、木棍等)的支承位置和支承方式，獲得理想的建筑形狀；再通過對模型觀測，確定真實結構的形狀和內力。此類方法在膜結構發(fā)展初期采用較多，德國建筑師Otto在這方面進行了很多開創(chuàng)性的工作『3】。他不僅根據(jù)模型實驗設計了聯(lián)邦花園帳篷、蒙特利爾世博會德國館、慕尼黑奧運會主體育場等一系列實際工程，而且研究了結構的極小曲面、最短傳力路徑和自主構形等問題。物理模型法的優(yōu)點是形象、直觀，且便于對邊界條件進行調整，一些利用數(shù)學方法很難求解的問題，利用模型方法卻很容易實現(xiàn)。當然，這種方法的缺點也是明顯的，不僅模型制作要花費大量的人力物力，而且很難將實驗結果精確推廣到實際結構中，這里面既有測量手段方面的問題，也與某些相似比很難同時滿足有關。雖然物理模型方法現(xiàn)在已很少直接用于實際工程設計，但是在膜結構科研和教學方面，仍不失為是一種探索膜結構形態(tài)規(guī)律的有效手段。