膜结构初始形态分析之物理模型找形法

初始形态分析的目的是确定膜结构在给定边界和预张力条件下的初始平衡曲面，为后续的荷载效应分析和裁剪分析提供准确计算模型。初始形态分析是一般工程分析的反问题，是个由给定“态”来求对应“形”的过程，因此也常被称为找形(formfinding)。膜结构的找形方法主要有物理模型法和数值分析法。

物理模型找形法

物理模型法是利用肥皂膜、橡胶膜等可形成纯张力作用的柔性材料模拟实际膜结构的工作状态，通过调整边缘构件f如铁丝、木棍等)的支承位置和支承方式，获得理想的建筑形状；再通过对模型观测，确定真实结构的形状和内力。此类方法在膜结构发展初期采用较多，德国建筑师Otto在这方面进行了很多开创性的工作『3】。他不仅根据模型实验设计了联邦花园帐篷、蒙特利尔世博会德国馆、慕尼黑奥运会主体育场等一系列实际工程，而且研究了结构的极小曲面、最短传力路径和自主构形等问题。物理模型法的优点是形象、直观，且便于对边界条件进行调整，一些利用数学方法很难求解的问题，利用模型方法却很容易实现。当然，这种方法的缺点也是明显的，不仅模型制作要花费大量的人力物力，而且很难将实验结果精确推广到实际结构中，这里面既有测量手段方面的问题，也与某些相似比很难同时满足有关。虽然物理模型方法现在已很少直接用于实际工程设计，但是在膜结构科研和教学方面，仍不失为是一种探索膜结构形态规律的有效手段。