膜結構又稱膜結構修建，也叫索膜結構，由支撐體系與高強度柔性薄膜資料相結合構成的一個安穩定型曲面，可以承受必定外加荷載的新式空間結構方式。因其外型輕盈而柔美、又自在多變，充滿創意感和力氣感，且具有裝置方便、制造簡便、阻燃耐熱、節能環保、防輻射、運用安全等長處。恰是基于上述眾多長處，這一修建方式在全世界都得到了廣泛應用，并且發展迅速。

索膜結構是一種發展非常迅速的新型空間結構，是一種效率極高的張力集成體系，充分的發揮了鋼索的強度與張拉整體結構的空間作用。這種結構以造型新穎、美感豐富、質輕透光、創意十足等優點在全球得到了推廣應用，主要應用在體育建筑、商業設施、會展中心、娛樂中心、交通站場等屋蓋。

到目前為止，國內外對索膜結構的設計理論、設計方法與施工技術開展了相對系統的研究和工程實踐，我國也制定了《索膜結構設計規程》，但尚缺相應的施工技術規范，尤其是在索膜結構的安全使用與維護方面研究甚少。

在索膜結構的設計、建造過程中，從造型設計、 材料選用、構件設計、細部構造、裁剪設計到加工制作、安裝張拉以及建成后的使用維護等過程中，任何步驟的錯誤或疏忽都有可能影響到工程的質量，甚至釀成工程事故。

本文將基于索膜結構的受力特點、設計要素及破壞特征分析，以實際工程安全使用為目標，形成實用有效的索膜結構安全使用維護策略。

1索膜結構的受力特點及設計要素

1.1受力特點

索膜材料均不具有抗彎能力，其上所有的點在分析模型中只具有3個自由度。這一特點實際可將索膜體系簡化為長度任意改變的空間鏈桿體系，或將膜簡化為可自由拉伸和轉動的三節點或更多節點有限元組成的空間網格。

要使索、膜材料具有抵抗外荷載的能力，必須預先對其施加張拉力，以增加剛度，減小變形。由于索膜結構內的張拉力呈較為復雜的空間分布，因此，所施加張拉力大小一般需要通過計算機找形來確定。

在對索膜體系進行設計分析時，首先要給定結構的邊界條件。而結構預張拉后在空間上確定的幾何形狀還未可知，如何確定在給定邊界條件下索膜結構的空間幾何形狀及與之相應的預張力分布就是找形所要解決的問題。

索膜體系的找形問題中并沒有一個確定的、處于平衡狀態的初始形狀，需要從假定的幾何形狀和預張力分布出發來尋找這個可用于荷載分析的初始形狀。

所得結果一要滿足邊界條件，二要滿足其預張力分布處于平衡。膜面的初始形狀一般應有向上和向下兩個方向的曲率，避免過分平坦，以抵抗風壓力和風吸力。這應是檢驗和調整找形結果的一個基本原則。

索膜材料只可受拉，不能受壓。受壓或拉力為0將在實際上導致膜材出現故障，而索將屈曲變形，同時推動承載能力;風荷對作用于索膜結構所引起的水平力和上拔力對支架結構及其基礎的設計有很大影響。為抵抗水平力和上撥力，斜拉穩定索成為支架結構中的常用構件，基礎采用抗拔錨錠。

1.2 設計要素

索膜結構的設計由于其自身的受力特點不同于一般傳統結構形式，技術上必須經過如下步驟：

1)初始形態分析 膜結構的初始形態分析應滿足邊界條件和合理預張力的要求，并滿足建筑造型和使用功能的要求。膜結構中索膜構件的預張力值應根據膜材類型、膜面荷載可能產生的變形以及施工等因素確定。預張力值必須保證在第一類荷載效應組合下，所有索、膜構件均處于受拉狀態。此過程與方案設計過程密不可分，往往需反復調整方可既滿足建筑形狀的要求又保證結構的經濟合理及安全可靠。在初始形態分析的研究過程中先后提出過非線性有限元法、動力松弛法(Barnes，1974年)和力密度法(Schek，1974年)等。目前普遍采用的是以固體力學大位移理論為基礎的非線性有限元法，在此方法中，為了使預應力值保持不變，需令結構發生大位移和大變形時并不引起內力變化，即本構關系失效。

因此，利用非線性有限元法進行找形分析是一個假想的數學過程，而非真實的物理過程，但反映了物理的真實性。

2)荷載分析 膜結構的荷載效應分析，應在初始形態分析確定的幾何形狀和預張力的基礎上，考慮各種可能的荷載組合情況對膜結構內力和變形的影響。當計算結果不能滿足要求時，應重新確定初始形態。索、膜結構重量輕、剛度小、自振頻率低，風荷載是結構設計中起決定性作用的外荷載，索、膜結構對風的動力作用十分敏感，在設計中必須予以考慮，計算索、膜的內力和位移時，應考慮風荷載的動力效應。對于形狀較為簡單的膜結構可采用乘以風振系數的方法考慮結構的風動力效應。

3)裁剪分析 裁剪分析是膜結構設計中的一個關鍵問題，裁剪下料圖的準確與否直接關系到施工安裝后的平整度，即形態分析所得的膜曲面與實際施工安裝后的曲面形狀是否相吻合，進而影響到荷載分析結果的準確性。考慮到平面膜材有一定幅寬限制及膜曲面的復雜多樣，裁剪分析過程主要分為兩個步驟：①將膜曲面剖分成空間膜片，稱為裁剪線的確定;②將空間膜片展開為平面裁剪條元稱為膜片展開。裁剪分析方法主要有：物理模型法、力學模型法和幾何模型法等。

2 影響索膜結構安全使用的因素

在薄膜結構的發展過程中先后出現了充氣式膜結構和張拉式膜結構兩種基本形式，以下著重討論影響張拉式索膜結構安全使用的因素。

2.1 風致索膜破壞 索膜結構風致破壞有兩種形式，即膜材撕裂和拉索斷裂。強風作用下膜材撕裂和拉索斷裂的現象時有發生。造成膜材撕裂的原因大都與膜面松馳有關。如因膜面過于扁平，或預張力不足，或因膜材徐變導致松馳后沒有及時進行二次張拉，致使膜面的整體剛度很低，在強風作用下出現大幅度的擺動， 導致膜材被撕裂或在擺動過程中撞擊到其他物體而發生破壞。造成拉索斷裂則多起因于強風使拉索產生抖振或顫振，最終引發共振或疲勞破壞。

2.2 膜面積雪、積水造成膜材撕裂 膜面積雪也會導致膜材撕裂。膜面的不均勻積雪相當于局部堆載，加之降雪后氣溫很低，膜材本身冷縮并變得脆硬，膜面適應應力重分布的能力降低，則易發生撕裂。膜結構的剛度是由其幾何形狀和所施加的預張力共同提供的。如果膜面過于扁平或施加的預張力不足，膜面就可能在降雨時產生積水。膜面積水越積越多，最終有可能導致膜面撕裂或支承結構破壞。

2.3 連接構件失效導致破壞 連接構件是膜面或索與其他構件相連接的重要構件。連接構件的破壞形式主要有構件斷裂或錨固脫落等。連接構件的失效有可能造成結構整體失穩、膜面從空中墜落等嚴重后果。

2.4 吊裝、張拉不當造成膜材撕裂 吊裝時，在自重及風作用下，膜材極易因應力集中而被撕裂。張拉膜面時，若因施力點偏向一側造成張拉不均勻，或加載速率過快，或張拉過度，膜面應力超過材料的抗拉強度，或因加載設備如手葫蘆或因錨固構件意外失效導致膜面局部突然不均勻卸載等因素，都有可能造成膜材撕裂。

索膜構造作為一種新的修建方式于本世紀五十年代在國際上開始呈現，至今已有六十多年的前史，特別是到了七十年代今后，膜構造的運用得到了迅速發展。索膜構造的呈現為修建師們提供了超出傳統修建形式以外的新挑選。索膜構造一改傳統修建材料而運用膜材，其分量僅僅傳統修建的三十分之一，并且膜構造能夠從根本上戰勝傳統構造在大跨度(無支持)修建上實現時所遇到的艱難，能夠發明無窮的無遮擋的可視空間。