索膜结构是一种新型的空间结构形式,代表着当今建筑与材料技术的发展水平。骨架膜是索膜结构的一种形式,由于其自重轻、抗震性能良好、施工周期短、经济性,在各种大跨度结构中广泛应用。膜结构刚度低、变形大、所受到的风、雪等外部荷载是随机的、不确定的。这些偶然的、随机的不均匀荷载将引起膜面变形、褶皱松弛,甚至撕裂,造成结构破坏。探究膜结构的力学特性有助于该类结构推广应用。本文通过理论并结合数值模拟分析,得出结论,对此类膜结构工程设计有一定参考价值。为满足建筑使用功能要求,本工程采用大跨度拱形空间管桁架作为钢骨架,骨架上面布置张紧膜材,形成一个较为规则的、相对平整的封闭结构。本文以此结构为工程背景,利用钢结构设计软件3D3S,依据现行规范规程和理论对膜结构形态、荷载分析进行理论和仿真研究,主要内容如下:(1)介绍膜结构研究现状及发展前景,确定本文研究内容、方法及技术路线。阐述膜结构的分类和特点,及膜材料的组成、分类和力学特性。(2)阐述膜结构的变形理论和非线性有限元法。(3)介绍工程概况、找形方法,利用3D3S软件建立计算模型对结构施加初始预张力进行找形分析,反复计算找到最小平衡曲面。研究参数初始预张力和张拉刚度对找形的影响,分析找形后膜面应力与位移,总结相应规律。(4)利用3D3S软件,在找形基础上,对结构进行荷载分析,考虑几何非线性,建立荷载作用下的非线性变形方程。根据我国《膜结构技术规程》、日本设计方法、德国设计方法,对结构在不同荷载组合作用下进行非线性分析,研究膜面应力、变形情况;并对比三种设计方法。(5)研究初始预张力、张拉刚度、膜材正交异性等因素对骨架膜结构力学性能的影响,绘制荷载-膜面应力、荷载-膜面位移曲线,并分析得出相应结论。