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第二讲 膜结构的形状确定与建筑功能要求 膜结构的形状确定与建筑功能要求 武 岳 胥传喜 （哈尔滨工业大学） （RIGHT TECH(S) PTE LTD） 提要 形状确定是膜结构设计的第一步，也是决定一个膜结构设计是否成功的关键。文章首先探讨 了膜结构中“形”与“力”的关系，然后对四种基本膜结构构形的曲面构成和力学特点进行了剖析；在此基 础上介绍了形状确定的基本原则及主要方法。最后介绍了设计膜结构时在排水、防火与防雷、采光、隔音、 隔热与保温等建筑功能方面应考虑的内容及一些做法。 关键词： 膜结构 找形 初始预张力 建筑功能 Form-finding and Architectural Requirement of Membrane Structure Wu Yue Xu Chuanxi （Harbin Institute of Technology） （RIGHT TECH(S) PTE LTD） Abstract Form-finding is the first step in membrane design, which is paramount for the structural performance of a membrane structure. To understand the principle of form-finding, there are four questions being discussed, that are the relationship of form and pretension, four basic types of membrane structures, some rules for form-finding and numerical methods. Moreover, this paper also introduces some architectural requirements which should be considered during form-finding stage, such as drainage, fire, lighting, acoustics, thermal insulation, and so on. Key words membrane structures, form-finding, pretension, architectural function 1. 膜结构的形与力 作为膜结构的主要构件，索和膜均不能抗弯和抗压，结构体系必须依靠曲面的张力维持其形状并抵抗外 荷载。 膜结构外形设计就是确定满足设计要求的平衡曲面和与此曲面对应的预张力值，也就是说，外形设 计同时也是内力设计。这一过程，称之为 “找形”（form-finding）。 1.互反曲面的必要性 在几何上，根据曲面在两主曲率方向的曲率乘积，可将曲面分为正高斯曲面、零高斯曲面和负高斯曲面 三大类（如图 1 所示）。正高斯曲面的两个主曲率半径均位于曲面的同侧，如球面；这类曲面也称为同向曲 面（synclastic surface ）。零高斯曲面在两主曲率方向中有一个方向的曲率为零，如柱面。负高斯曲面的两主 曲率半径分别位于曲面的两侧，如鞍面；这类曲面也称为互反曲面（anticlastic surface ）。前两类曲面较多应 用于类似网壳结构那样的刚性结构中，而互反曲面则是索网结构和膜结构中常用的曲面形式。 膜结构设计专题讲座 1 第二讲 膜结构的形状确定与建筑功能要求 (a) 正高斯曲面 (b) 零高斯曲面 (c) 负高斯曲面 图1 曲面