膜结构形状的多样性

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膜结构形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。对于气承式空气膜结构来说，充气之后的曲面主要是圆球面或圆柱面，可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承的膜结构，其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。

膜结构形状的千变万化突出地表现在历年各国举行的博览会上。在这些博览会上，大大小小的展览馆，无不以新颖奇特的造型来吸引观众，而膜结构就能用来达到这样的目的。
例如1985年在日本茨城县举行的国际科学技术博览会，入口就是以五颜六色的膜材构成的拱形大门。在众多的展览馆中膜结构尤为夺目，象火鸟馆以钢梁与索组成的骨架支承扁平的凹凸屋面。
美国馆以高耸的桅杆悬挂银白色的屋面。电力馆以中央塔架悬吊25个尖顶帐篷，夜晚通过灯光的反射宛如燃烧的火焰。其他象在候车亭、电话亭、走廊、厕所上也都出现了用膜材构成形式各异的建筑小品，蔚为大观。

就形状而言，对建筑师说来是至关重要的。采用一般结构的建筑物，其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同，首先它的变形比一般结构要大一些，其次它的形状是在施工过程中逐步形成的，有一个形状确定的问题，需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状，即结构体系在膜自重（有时还有索）与预应力作用下的平衡位置。在初步设计阶段，先按建筑要求设定大致的几何外形，然后对膜面施加预应力使之承受张力，其形状也相应改变，经过不断调整预应力，最后就可得到理想的几何外形和应力分布状态。

悬索结构中的索网与膜结构一样也有形状确定问题，象1968年蒙特利尔博览会的德国馆和1972年慕尼黑奥运会主体育场都有特殊的形状需要确定，当时只有借助于缩尺模型来解决。早期的膜结构也往往采用这个方法，材料从最简单的肥皂膜，一直到织物或钢丝。由于在小比例模型上测量的误差尚不足以保证曲面几何形的正确性，故对足尺的建筑外形只能起参考作用。但这还不失为一种有效的手段，能为设计者提供一个直观的形象。随着计算机技术的不断进步，膜结构的形状就更多地依靠计算机来确定。在膜结构设计理论中还出现了专门的研究课题——“找形”（formfinding）。为了寻求合理的几何外形，这个过程通过计算机的几次迭代，就可确定膜结构的初始形状。

膜结构设计打破了传统的“先建筑、后结构”做法，要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中，建筑师和结构工程师要坐在一起确定建筑物的形状，并进行必要的计算分析。这时，所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素，一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果。

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膜结构的形状多样性源自其设计的灵活性和材料的独特属性，主要可以从基本形态的演变和特定应用中的创新设计两方面来理解。

基本形态演变
膜结构的基本形态主要包括以下四种，这些基本形态可以根据具体需求进行变化和组合，从而创造出丰富的形态多样性：

伞形：特点是膜单元中间有高点，外围固定在较低位置的刚性侧梁或柔性侧索上，形成锥形表面。这种形态适用于需要大跨度且中间集中的支撑结构。

脊谷形：通过在两个高点之间排列脊索，在低点之间排列谷索，形成波浪状的曲面，适合需要较强视觉动态效果和较大跨度的结构，如机场航站楼等大型公共设施。

鞍形：由四个非共面角围绕形成，两端为高点，中间为低点，适用于需要双向张拉力平衡的结构，如体育场馆等。

拱形：利用拱作为连续支撑点，适合创造流畅的曲线美感和较大跨度的封闭式结构，如展览馆或体育馆。

特定应用中的创新设计
膜结构车棚和停车棚：根据停放车辆的实际需求，可以设计成简洁的单坡、双坡或多峰形态，既实用又具现代感。

膜结构景观：为了融入自然环境或创造独特的视觉焦点，会设计成自由曲面、有机形态，如仿生形态的遮阳亭、艺术雕塑等。

膜结构污水池：需满足防渗漏和防腐要求，形态设计会考虑池体的具体尺寸和形状，可能采用浮动盖、悬挂结构等创新形式。

膜结构舞台：为了营造表演氛围和视觉冲击力，会设计成异形、可变形或透明屋顶，以适应不同演出的需要。

通过材料科学的进步和计算技术的发展，设计师能够更精确地预测和控制膜材料的张力分布和形态变化，进一步推动了膜结构形状的多样化发展。此外，膜结构的轻质、高强度特性以及良好的可塑性，使得在实际应用中能够实现更多创意和功能性的设计，满足不同场景和美学需求。