哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要膜结构是二十世纪中期发展起来的一种新型柔性张拉结构形式，在国内外均得到较为广泛的应用。与传统的刚性结构相比，其突出的特点在于使用了质轻经济的材料，以及可以形成优美的建筑形体，因而特别适宜覆盖大空间建筑，向世人展现出不可抗拒的迷人的魅力。介绍了膜结构的发展、分类、特点等方面，从建筑欣赏角度上对膜结构这一新型结构进行了鉴赏分析不同于传统的刚性结构，膜结构的结构特性决定了在设计过程中，对其找形和自振特性的分析是关键环节。通过改变结构跨度、高跨比、膜的预应力与张拉刚度和索的张拉刚度等影响自振特性的主要结构参数，对马鞍型、伞形和脊谷型等三个典型张拉索膜结构算例进行了系统的自振分析，结果表明：( 1 ) 索膜结构的自振频率较低且呈连续密集分布；( 2 ) 结构跨度和膜的初始预张力对张拉索膜结构的自振频率的影响较明显，表现为随结构跨度的增大而降低，随膜的初始预张力的增大而增大，前者不利于抗风；后者在跨度一定的条件下，适当增大可以较大幅度的提高结构的自振频率，有利于结构抗风：( 3 ) 膜和边索的张拉刚度对结构的自振频率影响不明显，特别是对第一自振频率，因此不适合通过增大或减小两者以求提高结构的自振频率。关键宇：张拉索膜结构；找形；自振特性；有限元法哈尔滨工程大学硕士学位论文A san e wt e n t i o n e ds t r u c t u r eg r o w i n gl I pi nt h er a i do f 2 0 t hC e n t u r ya n df a s td e v e l o p i n gs i n c et h e n , m e m b r a n es t r u c t m ej sw i d e l ya d o p t e di nb o t hd o m e t i ca n do v e r s e a sp r o j e c t s C o m p a r e dw i t ho t h e rt r a d i o n t i o n a lr i g i ds t r u c t u r e s , t h eo u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i c so fm e m b r a n es t r u c t u r ea r et h eu s eo fm a t e r i a l sw h i c h mf i u a n c i a l l yc h e a pa n dt i g h ti nw e i g h t , a n dt h ep o s s i b i t i t y1 0r e a l i s eg r a c e f u la r c h i t e c t u r a ls h a p e s , e s p e c i a a yi nl a r g e - s p a c e db u i l d i n g s , t h e r e f o r em e m b r a n es t r u c t u r eh o l d si t si r r e s i s t i b l ea p p e a lf o rt h ew h o l ew o r l d T h ep r o c e s s e so fd e v e l o p m e n t , c l a s s i f i c a t i o n , c h a r a c t e r i s t i c s , e t C oo fm e m b r a n es t r u c t u r ea 飘加毗n a r i z e 也t h e ns u c han o v e ls t r u c t u r ea sm e m b r a n es t r u c t u r ei sa p p r e c i a t e di na r c h i t e c t u r a la n de n v i r o n m e n t a lv i e w D i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a lr i g i ds t r u c t u r e s ，i ti sd e t e r m i n e db yt h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r so fm e m b r a n es t r u c t u r e , t h a tt h ef o r m - f i n d i n ga n dt h ea n a l y s i so ff r e ev i b r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm e m b r a n es t r u c t u r ea r et h ek e y B ya d j u s t i n gt h es p a no fs t r u c a t u r e ，t h er a t i oo fh e i g h ta n ds p a n t h ep r e s t r e s sa n dt h et e n s i l es t i f f n e s so fm e m b r a n e , a n dt h et e n s i l eS t i f f n e s so fc a b l e s , f i v em a i na n di m p o r b n ts t r u c t u r a li n d e x e sw h i c hh a v eg r e a te f f e c t sO l lt h ef r e ev i b r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fb t l U c t u r e , t h r e et y p i c a lt e n s i o n e dc a b l e - m e m b r a n es t r u c t u r e s s a d d l e - s h a p e dm e m b r a n es t r u c t e ，c o n i c a lm e m b r a n es t r u c t u r e , a n dw a v e - s h a p e dm e m b r a n es t r u c t u r e ，a r es y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d , a n dt h er e s u l t ss h o w ：( 1 ) t h ef r e ev i b r a t i o nf r e q u e n c yi sl o wa n dd i s t r i b u t e si ns u c c e s s t i o n ：( 2 ) t h es p a no fs t r u c t u r ea n dt h ep r e s t r e s so fm e m b r a n eh a v eo b i v i o u s l yg r e a te f f e c t so nt h ef r e ev i b r a t i o nf r e q u e n c yo fs t r u c t u r e ，t h a tt h ef r e q u e n c yd e c r e a s e sw h e nt h es p a ni n c r e a s e s , a n di n c r e 嬲w h e nt h ep r e s t r e s sd o e s T h es p a no fs t r u c t u r eh a san e g a t i v ei m p a c to nw i n d r e s i s t i n g , b u tw h e nt h es p a ni sg i v e n , t h ef r e ev i b r a t i o nf r e q u e n c yr a i s e si nab i ga m o u n ti ft h ep r e s t r e s so fm e m b m n eg e t s哈尔滨工程大学硕士学位论文i n c r e a s e da p p r o p r i a t e l y , w h i c hh a sap o s i t i v ee f f e c to nw i n d - r e s i s t i n g ；( t h et e n s i l es t i f f n e s so fm e m b r a n ea n dc a b l eh a s i t t l ee f f e c t0 1 1t h ef r e ev i b r a t i o nf T e q u e n c yo fs t r u c t u r e ，e s p e c i a n yO nt h e1 “f r e ev i b r a t i o nf r e q u e n c y ,a c c o r d i n g l yi tw o n tb ee f f e c t i v et or a i s et h ef r e ev i b r a t i o nf r e q u e n c yo fs t r u c t u r eb yi n c r e a s i n go rd e c r e a s i n gt h e m K e yW o r d s ：T e n s i o n e dc a b l e m e m b r a n es t r u c t u r e ；F o r m - f i n d i n g ；F r e ev i b r a t i o nc h a r a c t e d s f i c s ；F i n i t ee l e m e n tm e t h o d哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者( 签字) ：堑壹堑至錾日期：2 口町年月二护日哈尔滨工程大学硕士学位论文第1 章绪论1 1 膜结构的研究背景2 0 世纪五六十年代欧美的社会政治经济状况使得建筑师们一举抛弃传统的表现风格，在建筑设计和艺术创作中重视突出现代材料的结构特性，结构师们开始不断尝试在结构中应用新材料和新技术，以求用最少的材料完成最大容积的建筑哪薄膜结构的产生和发展正是受到这一思想影响的结果，踟年代以后，由于人们对自身生存环境的关注加上薄膜结构本身具有充分利用阳光、空气以及与自然融合的特点，它深受世界各地绿色建筑运动倡导者们的青睐，从而为后来的H i T e c h 生态建筑的发展提供了广阔的空间。历来建筑和结构的关系就是密不可分，再伟大、艺术感强的建筑也要依赖相应的结构形式来支持它结构的基本功能是承载，该能力的大小又同选用的建筑材料形式紧密关联 2 1 。人类最初使用的建筑材料只有天然的石材和木材，但木材易腐烂，所以当时只能选择石材。当条件不允许时，土坯或者砖便成为了替代品，并且直到1 9 世纪中叶这种砌体构件一直是最重要的结构构件。随着铸铁产量的大幅提高，特别是炼钢工艺的日渐成熟，结构工程有了前所未有