膜结构是20世纪中期出现的一种新型空间结构形式,它所能创造的丰富多彩的外部建筑造型是其他建筑结构所不具备的,因此自从它发展成为一种结构形式以后就被广大的建筑师、结构师广泛的应用于大型的体育场馆、展览场馆等空间结构体系中。 充气膜结构是较早出现的膜结构形式,七八十年代在日本、美国等国家用的比较多,而在我国采用这种结构形式相对来说少一些。充气膜结构虽然具有一些难以回避的缺点,可是在一定领域内它的优势是明显的。随着科技水平的不断进步,充气设备的不断改善,我们有理由相信未来几年里充气膜结构会在我国得到迅速发展。 在充气膜建筑外形的设计过程中,我们不仅需满足美观新颖的要求,同时要满足受力合理的特性。这些建筑的外形往往经过受力分析后得到,是一些离散的平面,不具有代数表示也不具有参数表示,无法采用传统的几何造型分析方法来进行外形的造型和绘制。本文按照力学分析软件中曲面表示的数据格式,辅以计算机辅助几何造型的基础,提出了一种基于三角离散的曲面求交和裁减算法,实现了充气膜结构复杂外形的造型工作。 裁剪分析是充气膜结构设计过程另外一个关键的步骤。不准确的裁剪分析可能会使得最终拼接成型的膜结构不能达到建筑师预期的建筑造型,在膜表面出现褶皱,甚至是出现膜材的破裂、膜结构整个体系的坍塌等严重破坏性后果。本文在造型分析的基础上对裁剪线的确定方法进行讨论,并对膜曲面的展开进行了分析,结合两种方法——平面切割法和基于弹簧质点系统的展开方法,完成了充气膜结构的裁剪分析。 论文内容安排如下:首先对充气膜结构的特点以及所使用的膜结构材料及其性能进行了介绍,然后着重讨论了充气膜结构设计过程中最为关键的两个环节——造型分析和裁剪分析,最后对上述研究内容及成果做了总结,并提出了进一步工作中需要解决的若干其他关键问题。 本文应用Visual Basic语言编制了较为完整的充气膜结构的造型及裁剪分析程序。