膜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在給定邊界和預(yù)張力條件下的初始平衡曲面，為后續(xù)的荷載效應(yīng)分析和裁剪分析提供準(zhǔn)確計(jì)算模型。初始形態(tài)分析是一般工程分析的反問(wèn)題，是個(gè)由給定“態(tài)”來(lái)求對(duì)應(yīng)“形”的過(guò)程，因此也常被稱為找形(formfinding)。膜結(jié)構(gòu)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(shí)際膜結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整邊緣構(gòu)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(guò)對(duì)模型觀測(cè)，確定真實(shí)結(jié)構(gòu)的形狀和內(nèi)力。此類方法在膜結(jié)構(gòu)發(fā)展初期采用較多，德國(guó)建筑師Otto在這方面進(jìn)行了很多開創(chuàng)性的工作『3】。他不僅根據(jù)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了聯(lián)邦花園帳篷、蒙特利爾世博會(huì)德國(guó)館、慕尼黑奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)等一系列實(shí)際工程，而且研究了結(jié)構(gòu)的極小曲面、最短傳力路徑和自主構(gòu)形等問(wèn)題。物理模型法的優(yōu)點(diǎn)是形象、直觀，且便于對(duì)邊界條件進(jìn)行調(diào)整，一些利用數(shù)學(xué)方法很難求解的問(wèn)題，利用模型方法卻很容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，這種方法的缺點(diǎn)也是明顯的，不僅模型制作要花費(fèi)大量的人力物力，而且很難將實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確推廣到實(shí)際結(jié)構(gòu)中，這里面既有測(cè)量手段方面的問(wèn)題，也與某些相似比很難同時(shí)滿足有關(guān)。雖然物理模型方法現(xiàn)在已很少直接用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)，但是在膜結(jié)構(gòu)科研和教學(xué)方面，仍不失為是一種探索膜結(jié)構(gòu)形態(tài)規(guī)律的有效手段。