膜結構設計主要分成以下四大部份：
1、膜材料的組成和分類
2、膜結構的形狀確定
3、膜結構的荷載分析
4、膜結構的裁剪分析
1、膜材料的組成和分類
通俗地講，膜材就是氟塑料表面塗層與織物布基按照特定的工藝粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料塗層有ptfe（聚四氟乙烯）、pvdf（聚偏氟乙烯）、pvc（聚氯乙烯）等。織物布基主要用聚酯長絲（滌綸pes）和玻璃纖維有兩種。
膜材的粘合就是將塗層與基材合二為一組成整體。建築結構所用的膜材大多是以壓延成型和塗刮成型的。所謂壓延成型，就是將選定的軟pvc經塑煉後投入壓延機，按照所需厚度、寬度壓延成膜，立即與布基粘合，再經過軋花、冷卻即可制得壓延膜材。
而塗刮成型，則是將聚氯乙烯糊均勻地塗或刮在布基上，再加熱處理即可獲得塗刮膜材，普遍的是採用刮刀直接塗刮，也有採用輥式塗刮的。
根據表面塗層（coating）和織物基材（layer）不同，膜材料分為三大類：
（1）a類膜材是玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹脂（ptfe），這種膜材的化學效能極其穩定，露天使用壽命達25年以上，為不燃材料（通過a級防火測試）。
（2）b類膜材料是玻璃纖維布基上敷矽酮塗層，由於膜材自身效能欠佳，現在基本不再使用。
（3）c型別膜材料是聚酯長絲布基上塗聚氯乙烯樹脂（pvc），這種膜材受自然條件如日曬雨淋等影響較大，一般使用壽命為10年至15年，是難燃材料（通過b1級防火測試）。
1.3膜材料的性質
膜作為繼木材、磚石、金屬、混凝土之後的第五代建築結構材料，具有顯著的自身特性。第一代木材和第三代鋼材拉壓效能均良好，第二代磚石和***混凝土則只具備良好的抗壓能力，作為第五代的膜材料則只能受拉，沒有承壓和抗彎曲能力，這是膜的最本質的特徵。具體地講，膜材的主要特徵如下：
（1）拉伸效能
膜材的拉伸效能包括拉伸強度（tensionnstrength）、拉伸模量（modulusofelasticity）和泊松比（poisson『sratio）三個力學指標。膜材本身不能受壓也不能抗彎，但具有很高的拉伸強度，所以要使膜結構正常工作就必須引入預拉力、並形成互反曲面。通常膜材料的拉伸強度都可達100mpa以上。
模材應力-應變關係是非線性的，一般採用切線模量作為彈性模量，膜材的彈性膜量約為鋼的1/3左右。膜材的泊松比，即橫向變形特徵，約為0.2左右。
由於膜是雙向受力結構，設計時必須以膜材的雙軸拉伸實驗確定膜的彈性膜量及泊松比。
（2）撕裂強度
膜材是張拉結構材料，其撕裂破壞比受拉破壞要嚴重很多，所以撕裂強度和抗撕裂效能非常重要。pvc塗覆聚酯長絲織物具有中等的撕裂強度，ptfe塗覆玻璃纖維的材料具有較高的撕裂強度。
（3）正交異向性
張拉膜結構曲面需要經向和緯向兩個主軸方向反向曲率來保證，乙個方向的曲率向下凹，另乙個方向必須向上凸。傳統膜材基材是由經﹑緯向紗線編織而成，因而呈現很強的正交異性效能，經緯向變形能力相差達3-5倍之多。
（4）蠕變和鬆弛
蠕變和鬆弛是膜材的另乙個重要特性，也是膜起皺和失效的重要原因，在裁剪分析和加工時需要考慮這個因素。聚酯長絲織物在使用的頭十年裡就會因為蠕變喪失50%的預張拉力，相反，玻璃纖維織物要穩定很多。
（5）非力學性質：安全方面的性質，如耐久性、防火效能、防雷效能等；非安全方面性質，如隔音或音響效能、自潔效能等等。
由於膜結構的造型要求和膜材自身特性的原因，膜結構設計與其它結構有很大的不同。膜結構設計包括形狀確定（「找形」，formfinding）、荷載分析（loadingcaseanalysis）和裁剪分析（cuttingpattern）等三方面內容，下面分別論述。
2、膜結構的形狀確定
膜結構的形狀確定問題就是確定初始狀態的問題，在許多專著上被稱為「找形」（formfinding）。膜結構的形狀確定問題有兩種型別：
（1）給定預應力分布的形狀確定問題：預先假定膜結構中應力的分布情況，在根據受力合理或經濟原則進行分析計算，以得到膜的初始幾何狀態。
（2）給定幾何邊界條件的形狀確定問題：預先確定膜結構的幾何邊界條件，然後計算分析預應力分布和空間形狀。
肥皂泡就是最合理的自然找形的膜結構。最初的找形正是通過皂膜比擬來進行，後來發展到用其他彈性材料做模型，通過測量模型的空間座標來確定形狀，對於簡單的外形也可以用幾何分析法來確定，膜結構找形技術的真正發展來自計算機有限元分析方法的發展。為了尋求膜結構的合理的幾何外形，需要通過計算機的多次迭代才能得到。
常用的計算機找形方法有：力密度法、動力鬆弛法、有限元法。
1.力密度法
索網結構中拉力與索長度的比值定義為力密度（forcedensity）。力密度法（forcedensitymethod）是由linkwitz及schek提出來的，原先只是用於索網結構的找形，將膜離散為等代索網，後來，該方法被用於膜結構的找形。把等代為索的膜結構看成是由索段通過結點相連而成，通過指定索段的力密度，建立並求解結點的平衡方程，可得各自由結點的座標。
不同的力密度值，對應不同的外形。當外形符合要求時，由相應的力密度即可求得相應的預應力分布值。力密度法也可以用於求解最小曲面，最小曲面時膜內應力處處相等，肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。
實際上的最小曲面無法用計算機數值計算方法得到，所以工程上常採用指定誤差來得到可接受的較小曲面。
力密度法的優點是只需求解線性方程組，其精度一般能滿足工程要求。用力密度法找形的軟體有德國easy（easyform）、義大利forten32、新加坡winfabric等。
2.動力鬆弛法
動力鬆弛法（dynamicrelaxationmethod）是一種專門求解非線性系統平衡狀態的數值方法，他可以從任意假定的不平衡狀態開始迭代得到平衡狀態，最早將這種方法用於索網結構的是day和bunce，而barnes則成功地應用於膜結構的找形。
力密度法只是從空間上將膜離散化，而動力鬆弛法從空間和時間兩方面將膜結構體系離散化。空間上的離散化是將結構體系離散為單元和結點，並假定其質量集中於結點上。時間上的離散化，是針對結點的振動過程而言的。
初始狀態的結點在激振力作用下開始振動，這時跟蹤體系的動能；當體系的動能達到極值時，將結點速度設定為零，跟蹤過程重新開始，直到不平衡力為極小，達到新的平衡為止。
動力鬆弛法最大特點是迭代過程中不需要形成剛度矩陣，節約了剛度矩陣的形成和分解時間，並可在計算過程中修改結構的拓撲和邊界條件，該方法用於求解給定邊界條件下的平衡曲面。其缺點是迭代步驟往往很多。用動力鬆弛法找形的軟體有英國intens、新加坡winfabric、英國suface等。
3.有限單元法
有限單元法（finiteelementmethod）最初是用來計算索網結構的非線性迭代方法，但現在已成為較普遍的索膜結構找形方法。其基本演算法有兩種，即從初始幾何開始迭代和從平面狀態開始迭代。顯然，從初始幾何開始迭代找形要比從平面狀態開始來得有效，且所選用的初始幾何越是接近平衡狀態，計算收斂越快，但初始幾何的選擇並非容易之事。
兩種演算法中均需要給定初始預應力的分布及數值。在用有限元法找形時，通常採用小楊氏模量或者乾脆略去剛度矩陣中的線性部分，外荷載在此階段也忽略。
有限元迭代過程中，單元的應力將發生改變。求得的形狀除了要滿足平衡外，還希望應力分布均勻，大小合適，以保證結構具有足夠的剛度。因此，找形過程中還有個曲面病態判別和修改的問題，或者叫形態優化（包括幾何形態優化、應力形態優化和剛度形態優化等）。
用有限元法找形的軟體有澳大利亞fabdes等。
經過找形確定的結構初始形狀滿足了初應力平衡條件並達到預想的形狀，但其是否滿足使用的要求，還必須進行荷載效應分析。
3、膜結構的荷載分析
膜結構的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進行的，檢查結構在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預定要求的過程。
膜結構的找形有不同的理論方法，但荷載分析基本上都採用非線性有限元法（nonlinearfiniteelementmethod），即將結構離散為單元和結點，單元與單元通過結點相連，外荷載作用在結點上，通過建立結點的平衡方程，獲得求解。
由於索膜結構是大變形問題，在推導有限元方程時，需考慮位移高階項對應變的影響，即考慮幾何非線性。當然，膜材本身也是非線性的，在工程應用上時，材料的非線性問題一般不予考慮。
1.風荷載作用
膜結構區別於傳統結構的兩個顯著特點是輕和柔。輕，意味著結構自身重量和慣性力小，自重不是主要荷載，**力可以忽略不計，而風是主要荷載；柔，意味著結構無抗彎剛度，結構對外荷載的抵抗是通過形狀改變來實現的，表現出幾何非線性特徵。膜結構的特點決定了膜結構是風敏感結構，抗風設計在膜結構設計中處於主要地位。
膜結構輕、柔、飄的顯著特點決定了膜結構抗風計算的內容也有自身特點。
（1）靜風壓體型係數的確定
風荷載體型係數是描述風壓在結構上不均勻特徵的重要引數，一般結構的體形係數可以從荷載規範查得。但膜結構形狀各異，不能從荷載規範直接獲得風壓體型係數。所以，較大的膜結構基本都要求進行風洞試驗，以獲得比較正確的膜結構的區域性風壓淨壓係數和平均風載體形係數。
由於風洞試驗要滿足一系列的相似準則，如幾何相似、雷諾數相似等，通常要完全滿足這些相似條件是不可能的，因此風洞模擬實驗結果有時會超過實測值很多。
（2）脈動風壓係數的確定
膜結構在荷載作用下的位移較大，結構位形的變化會對其周圍風場產生影響，所以膜結構的風動力響應過程是流固耦合過程。這種動力過程的風洞試驗必須採用氣動彈性模型，因此實現起來技術難度較大。近年來發展的「數值風洞」技術受到越來越多的重視。
這種技術簡單的說就是將計算流體力學（cfd）和計算結構力學（csd）技術結合起來，用計算流體力學來模擬結構周圍的風場，用計算結構力學來模擬膜結構，再借助某些引數的傳遞來實現兩者之間的耦合作用，不過，該方法還處試驗階段。
（3）風振動力分析
風力可分成平均風和脈動風兩部分。平均風的週期較長，其對結構的作用性質相當於靜力。脈動風的週期較短，其對結構的作用為動力性質。
當結構的剛度較小，自振頻率較低時，在脈動風荷載的作用下可能產生較大的變形和振動，所以在設計索膜這類小剛度結構時，應進行風振動力計算。索膜結構具有振型頻譜密集、非線性特徵和三維效應不可忽略等特點，針對高層和橋梁結構的風振分析方法不能直接應用。索膜結構的響應與荷載呈非線性關係，對於索膜結構定義荷載風振係數或陣風係數在理論上也是不正確的。
膜結構設計基礎
設計基礎規定 1.膜結構選型 1 除小跨度結構外，膜結構中的膜材總是與其他構件共同承重。目前，國內外對膜結構的形式有很多種不同分類方法，尚未統一。本規程按膜材及其相關構件的受力方式分成四種形式，是一種比較科學的分類方法。2 整體張拉式膜結構主要由索和膜構成，兩者共同起承重作用，通過支承點和錨固點形成...
概念結構設計和邏輯結構設計
一.系統概述 本系統通過調查從事醫藥產品的零售，批發等工作的企業，根據其具體情況設計醫藥銷售管理系統。醫藥管理系統的設計和製作需要建立在調查的資料基礎上，系統完成後預期希望實現藥品基本資訊的處理，輔助個部門工作人員工作並記錄一些資訊，一便於藥品的銷售和管理。通過此系統的功能，從事藥品零售和批發等部門...
汽車結構設計
汽車的結構設計，是確定汽車整車 部件 總成 和零件的結構。也就是說，設計師需要考慮由哪些部件組合成整車，又由哪些零件組合成部件。零件是構成產品的最基本的 不可再分解的單元。毫無疑問，零件設計是產品設計的根基。零件設計時，首先要考慮這個零件在整個部件中的作用和要求 其次，為了滿足這個要求，零件應選用什...