膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析主要包括形狀確定、荷載分析和裁剪分析三大方面。

1、膜結(jié)構(gòu)的形狀確定

?。?）給定預(yù)應(yīng)力分布的形狀確定問題：預(yù)先假定膜結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的分布情況，再根據(jù)受力合理或經(jīng)濟(jì)原則進(jìn)行分析計(jì)算，得到膜的初始幾何狀態(tài)。

　（2）給定幾何邊界條件的形狀確定問題：預(yù)先確定膜結(jié)構(gòu)的幾何邊界條件，然后計(jì)算分析預(yù)應(yīng)力分布和空間形狀。

　　常用的計(jì)算機(jī)找形方法有：力密度法、動(dòng)力松弛法、有限元法。

2、膜結(jié)構(gòu)的荷載分析

　　膜結(jié)構(gòu)的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，檢查結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下的強(qiáng)度、剛度是否滿足預(yù)定要求的過程。膜結(jié)構(gòu)的荷載分析基本上都采用非線性有限元法，即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點(diǎn)，單元與單元通過結(jié)點(diǎn)相連，外荷載作用在結(jié)點(diǎn)上，通過建立結(jié)點(diǎn)的平衡方程，獲得求解。

　　膜結(jié)構(gòu)輕、柔、飄的顯著特點(diǎn)決定了膜結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的內(nèi)容也有自身特點(diǎn)。

　?。?）靜風(fēng)壓體型系數(shù)的確定

　　風(fēng)荷載體型系數(shù)是描述風(fēng)壓在結(jié)構(gòu)上不均勻特征的重要參數(shù)，一般結(jié)構(gòu)的體形系數(shù)可以從荷載規(guī)范查得。但膜結(jié)構(gòu)形狀各異，不能從荷載規(guī)范直接獲得風(fēng)壓體型系數(shù)。所以，較大的膜結(jié)構(gòu)基本都要求進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，以獲得比較正確的膜結(jié)構(gòu)的局部風(fēng)壓凈壓系數(shù)和平均風(fēng)載體形系數(shù)。由于風(fēng)洞試驗(yàn)要滿足一系列的相似準(zhǔn)則，如幾何相似、雷諾數(shù)相似等，通常要完全滿足這些相似條件是不可能的，因此風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)會(huì)超過實(shí)測(cè)值很多。

　　（2）脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的確定

　　膜結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移較大，結(jié)構(gòu)位形的變化會(huì)對(duì)其周圍風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響，所以膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)動(dòng)力響應(yīng)過程是流固耦合過程。這種動(dòng)力過程的風(fēng)洞試驗(yàn)必須采用氣動(dòng)彈性模型，因此實(shí)現(xiàn)起來技術(shù)難度較大。近年來發(fā)展的“數(shù)值風(fēng)洞”技術(shù)受到越來越多的重視。這種技術(shù)簡單的說就是將計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，用計(jì)算流體力學(xué)來模擬結(jié)構(gòu)周圍的風(fēng)場(chǎng)，用計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)來模擬膜結(jié)構(gòu)，再借助某些參數(shù)的傳遞來實(shí)現(xiàn)兩者之間的耦合作用，不過，該方法還處試驗(yàn)階段。

　?。?）風(fēng)振動(dòng)力分析

　　風(fēng)力可分成平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)兩部分。平均風(fēng)的周期較長，其對(duì)結(jié)構(gòu)的作用性質(zhì)相當(dāng)于靜力。脈動(dòng)風(fēng)的周期較短，其對(duì)結(jié)構(gòu)的作用為動(dòng)力性質(zhì)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度較小，自振頻率較低時(shí)，在脈動(dòng)風(fēng)荷載的作用下可能產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng)，所以在設(shè)計(jì)索膜這類小剛度結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行風(fēng)振動(dòng)力計(jì)算。索膜結(jié)構(gòu)具有振型頻譜密集、非線性特征和三維效應(yīng)不可忽略等特點(diǎn)，針對(duì)高層和橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)振分析方法不能直接應(yīng)用。索膜結(jié)構(gòu)的響應(yīng)與荷載呈非線性關(guān)系，對(duì)于索膜結(jié)構(gòu)定義荷載風(fēng)振系數(shù)或陣風(fēng)系數(shù)在理論上也是不正確的。

　　（4）空氣動(dòng)力失穩(wěn)

　　膜結(jié)構(gòu)是風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，存在空氣動(dòng)力失穩(wěn)的問題。從本質(zhì)上看，結(jié)構(gòu)空氣彈失穩(wěn)是由于結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過程中從與氣流的振型耦合中吸收能量，當(dāng)吸收能量大于耗散能量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生能量累積，當(dāng)這種能量累積達(dá)到某一閥值（臨界風(fēng)速）后，結(jié)構(gòu)就會(huì)從一種低能量（穩(wěn)定）的振動(dòng)形式躍遷到另一種高能量的振動(dòng)形式上去。所以，膜結(jié)構(gòu)存在設(shè)計(jì)風(fēng)速作用下的動(dòng)力失穩(wěn)問題，幸運(yùn)的是至今還沒有這方面破壞的膜結(jié)構(gòu)實(shí)例。

　

　　 3、膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析

裁剪分析就是將由找形得到并經(jīng)荷載分析復(fù)核的空間曲面，轉(zhuǎn)換成無應(yīng)力的平面下料圖。裁剪分析包含三個(gè)步驟：

　?。?）空間膜面剖分成空間膜條

　　膜結(jié)構(gòu)是通過結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)造型，空間膜面在剖分成膜條時(shí)，要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對(duì)美觀的影響；同時(shí)膜材是正交異性材料，為使其受力性能最佳，應(yīng)保證織物的經(jīng)、緯方向與曲面上的主應(yīng)力方向盡可能一致；此外，用料最省、縫線最短，也是進(jìn)行膜面剖分必須考慮的因素。

　?。?）空間膜條展開成平面膜片

　　空間膜條展開成平面膜片，即將膜條的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二維數(shù)據(jù)，采用幾何方法，簡單可行。但如果膜條本身是個(gè)不可展曲面，就得將膜條再剖分成多個(gè)單元，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵湔归_。此展開過程是近似的，為保證相鄰單元拼接協(xié)調(diào)，展開時(shí)要使得單元邊長的變化為極小。

　?。?）應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化到無應(yīng)力狀態(tài)

　　從應(yīng)力狀態(tài)到無應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，即釋放預(yù)應(yīng)力、進(jìn)行應(yīng)變補(bǔ)償。膜結(jié)構(gòu)是在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下工作的，而平面膜材的下料是在無應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的，為確定膜材的下料圖，需對(duì)膜片釋放預(yù)應(yīng)力，并進(jìn)行應(yīng)變補(bǔ)償。這里的補(bǔ)償實(shí)際上是縮減，在此基礎(chǔ)上加上熱合縫的寬度，即可得膜材的下料圖。