空间膜结构分析理论中遇到的重要问题及改进建议。
一.膜结构分析理论中遇到的重要问题
1 褶皱模拟
膜结构可看作是承受薄膜张力作用的软壳体，其在压应力作用下会产生局部屈曲现象，即形成所谓的褶皱。褶皱不仅影响到膜结构的外观，还会影响到它的受力性能，因此在进行荷载效应分析时需要准确模拟褶皱发生的范围及位置。褶皱分析方法主要有两大类：基于壳体屈曲理论的方法和基于张力场理论的方法，以下分别加以介绍。
(1) 基于壳体屈曲理论的方法
从稳定性角度看，膜的褶皱属于一种小波长的屈曲，因此可以应用壳体屈曲理论进行研究。与基于张力场理论的方法相比，壳体屈曲理论不仅能够计算出褶皱的分布区域和方向，而且能够计算出实际的褶皱数量和形状，因而更为精确。不过由于膜材的抗弯刚度很小，在荷载作用下的屈曲问题表现出极强的几何非线性，因而计算模拟的难度很大。目前这种方法还只局限于对一些具有简单几何形状的膜结构进行褶皱分析。
(2) 基于张力场理论的方法
张力场理论(Tension Field Theory)是分析褶皱问题的一种近似理论，其基本假设为：1)材料不能承受压应力且抗弯刚度为零；2)当出现压应力时，结构立刻进入褶皱状态；3)褶皱区呈单轴拉伸状态，褶皱沿最大主应力方向，褶皱区各点最小主应力等于零。
2 形态优化
膜结构的形状通常是根据建筑师的造型建议由结构工程师通过找形分析确定的，虽然在此过程中结构工程师也会进行一定的方案比选，但该过程大多依赖于设计者的经验，很难保证找形结果在给定约束条件下最优。换句话说，很多膜结构只是给定条件下的“可行解”，而非“最优解”。这种差异对于中小型膜结构的影响可能并不显著，但是对于大型复杂膜结构的影响却不容忽视。开展膜结构的形态优化研究不仅可以为大型复杂膜结构的设计提供指导，还可以通过总结规律提升膜结构的概念设计水平。
形态优化的一般思路为：1)确定优化变量及各种约束条件，即给出问题的解空间；2)提出优化目标并对目标加以量化，这是形态优化的核心内容，反映了对最优形态的评价标准；3)针对前两步形成的优化模型，选择适当的优化算法进行求解，算法的好坏将直接决定求解效率以及能否获得全局最优解。
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