3D3SV12.1 膜结构手册

建筑索膜结构设计系统手册0钢结构设计软件V12建筑索膜结构设计系统手册同济大学3D3S研发组上海同磊土木工程技术有限公司2014年11月建筑索膜结构设计系统手册1版权声明3D3S计算机程序以及全部相关文档是受专利权法和著作权法保护的产品，版权属于上海同磊土木工程技术有限公司。未经上海同磊土木工程技术有限公司的书面许可，不得以任何形式、任何手段复制本产品或文档的任何部分。同济大学3D3S研发组上海同磊土木工程技术有限公司电话：021－65981466传真：021—65985557电子邮件：support@tj3d3s.commarketing@tj3d3s.comsales@tj3d3s.com网址：www.tj3d3s.com建筑索膜结构设计系统手册2免责声明3D3S软件的开发以及文档的编制投入了相当多的时间和努力，经过了严格的测试和使用。自1997年开发以来，众多用户的工程应用证明了软件的适用性和正确性。但在程序使用方面，使用者接受并清楚地知道开发者或经销商在程序的准确性或可靠度上没有做任何直接或暗示的担保。使用者必须明确了解程序的假定并必须独立的核查结果。建筑索膜结构设计系统手册3 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 第一章膜结构基本知识............................................................................................................41.1膜结构概述.........................................................................................................................41.2膜结构设计原则.................................................................................................................6第二章快速入门........................................................................................................................72.1操作顺序.............................................................................................................................72.2操作 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图.........................................................................................................................9第二章膜结构模块菜单功能文字说明..................................................................................103.1结构编辑...........................................................................................................................103.2显示查询...........................................................................................................................213.3构件属性...........................................................................................................................213.4充气膜...............................................................................................................................273.5找形................................................................................................................................373.6荷载编辑...........................................................................................................................423.7荷载效应 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ..................................................................................................................443.8设计验算..........................................................................................................................573.9膜裁剪..............................................................................................................................623.10计算文本说明.................................................................................................................66第四章膜结构体系设计理论简介..........................................................................................674.1初始形态确定方法..........................................................................................................674.2膜结构体系荷载效应分析..............................................................................................684.3膜面的裁剪算法..............................................................................................................69第五章建筑膜结构功能模块例题说明..................................................................................755.1例题1：八边形膜结构建模............................................................................................755.2例题2：（含支承体系共同作用、软边界）..................................................................785.3例题3：（不含支承体系、硬边界）..............................................................................83第六章常见问题解答..............................................................................................................89建筑索膜结构设计系统手册4第一章膜结构基本知识1.1膜结构概述1.1.1膜结构概念索膜结构是一种新型空间结构形式，代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 着当今建筑技术与材料科学的发展水平，是艺术与技术的完美结合物，其设计分析中最主要的过程为：找形分析、荷载分析及裁剪分析。3D3S建筑索膜模块的研发理念正是力致于实现并简化这一重点、难点问题，采用前沿的设计理念，力致于推动索膜结构规模化、艺术化的进一步提升与发展。1.1.2膜结构特点及要素膜结构主要优点：1)自重轻，跨度大；2)造型自由，富于现代气息；3)经济效益明显,充分利用材料强度，结构效率高；4)施工方便，周期短；5)结构抗震性能好，一旦发生破坏也不会发生重大人员伤亡；6)透光好，节约人工照明耗能；7)自洁性，不易附着与渗透灰尘及脏污；膜结构存在的缺点：1)膜材使用寿命有待提高；2)抵抗局部荷载能力较弱，需要定期维护；3)环保问题突出，目前使用的大多数膜材是不可再生的；索膜结构的三要素：1)膜结构的形由高斯曲率决定；2)膜结构的态由结构预张力状态分布形成；3)膜结构必须要考虑结构的几何非线性效应；建筑索膜结构设计系统手册51.1.3膜结构分类我国《膜结构技术规程》（CECS158:2004）根据膜材及相关构件的受力方式将膜结构分成四种形式：1)整体张拉式膜结构：指依靠膜本身的预张力与拉索、支柱共同作用构成的结构体系；2)骨架支承式膜结构：指以刚性结构为承重骨架，并在骨架上敷设张紧膜材的结构体系；3)索系支承式膜结构：即索穹顶结构，由索系和压杆构成的预应力索杆体系为支承骨架，并敷设张紧膜材的结构体系；4)空气支承式膜结构：包括气承式和气囊式膜结构，指利用膜片内外的空气压差来稳定膜面，并承受外荷载的结构形式；（a）整体张拉式膜结构（b）骨架支承式膜结构（c）穹顶结构（d）气承式膜结构1.1.4膜材料建筑膜结构的膜材，主要依据涂层材料分类：1)PTFE膜材：品质优越，价格较高，由聚四氟乙烯（PTFE）涂层和玻璃纤维基层复核而成；2)PVC膜材：应用广泛，价格适中，由聚氯乙烯（PVC）涂层和聚酯纤维基层符合而成；3)加面层的PVC膜材：优越于PVC膜材，价格略高，在PVC膜材表面涂几率偏氟建筑索膜结构设计系统手册6乙烯（PVDF）或聚氟乙烯（PVF）而成；1.2膜结构设计原则膜结构的设计计算应包括：初始形态分析、荷载效应分析与裁剪分析；1)初始形态分析即找形，指确定结构的初始曲面形状及相应的初始预应力分布。初始形态分析应满足边界条件和合理预张力的要求，并满足建筑造型和使用功能的要求，3D3S提供非线性有限元法和力密度法进行曲面找形。对于索膜与支承体系共同作用的结构提，在实际工程中不一定可以找到最小曲面或者最小曲面不是设计者所希望得到的曲面，3D3S可实现控制寻找最小曲面，或者当最小曲面迭代次数很多仍然达不到给定精度时改找平衡曲面。在不同迭代步后改找平衡曲面，可以得到不同的曲面形式。当然，迭代得越接近最小曲面，改找的平衡曲面膜面应力分布越好。2)荷载分析指分析结构在荷载作用下的内力、位移情况。荷载效应分析，应在初始形态分析确定的几何形状和预张力的基础上，考虑各种可能的荷载组合情况对膜结构内力和变形的影响。当计算结果不能满足要求时，应重新确定初始形态。3)裁剪分析指将薄膜曲面划分成膜裁剪片并展开为平面裁剪下料图的过程。裁剪分析是膜结构设计中的一个关键问题，裁剪下料图的准确与否直接关系到施工安装后的平整度，3D3S提供按平面或曲线切割法和测地线法进行裁剪。建筑索膜结构设计系统手册7第二章快速入门2.1操作顺序一、利用AUTOCAD本身的命令在三维空间确定膜控制点的位置。右图为ACAD中LINE单线对象构成的定位图形；二、使用膜层编辑，建立膜层。膜层中包括膜面和膜面内的索（边索、脊谷索等）。马鞍型结构和锥体结构可以采用快捷方式直接生成，一般结构体系可以采用结构编辑→膜层编辑→快捷建模→多点构造膜面菜单生成。选中右图中四个控制顶点，选择直接划分成膜单元，勾选索边界，这样软件可以直接生成周边带索的膜面、程序自动定义每个角点的节点约束（通过显示支座约束来观察），用这个方法相当于同时使用定义膜边界和膜单元划分两个命令；三、使用结构编辑→支承层编辑→添加支承层杆件。在设计时需要考虑支承体系的刚度时，可以用此菜单绘制膜结构支承层中的支承构件。沿已经使用LINE单线定出位的节点间增加圆钢管（可以用选择线定义为杆件或直接画杆件命令）；可以直接在添加杆件对话框的左侧属性框通过鼠标双击修改截面类型和尺寸，也可以在完成构件添加后在构件属性菜单下使用定义截面来选择需要的截面类型和尺寸；四、使用结构编辑→支承层编辑→添加支承层索，绘制膜结构支承层中的拉索构件。使用添加支承层拉索菜单，沿已经使用LINE单线定出位的节点间增加结构索；可以直接在添加杆件对话框的左侧属性框通过鼠标双击修改截面类型和尺寸，也可以在完成构件添加后在构件属性菜单下使用定义截面来选择需要的截面类型和尺寸；五、定义支座。使用构件属性→支座边界菜单，去除膜布四个角点原有的支座；使用构件属性→支座边界菜单将支承层的杆件和拉索底部节点定义为刚性约束；删除用来定位的LINE单线（完成支承杆件添加后的模型如右上图）；六、找形。先保存当前模型：在找形菜单下选择保存当前模型。使用找形→精确找形命令。建筑索膜结构设计系统手册8一般情况下，可采用软件默认的通用有限元法进行找形，通用有限元法是考虑位移协调的有限元计算方法。若对模型计算方法非常熟悉，也可采用【高级方法】，当不考虑支承钢结构刚度时，只需要点选索膜体系中的有限元法或力密度法进行找形计算；当考虑支承体系刚度时，可点选索膜＋支承体系中的相应方法进行找形计算（各类方法的计算原则详见第三章“膜结构体系设计理论简介”）。按确定开始找形，找到合适的平衡曲面。找完形后的膜面应力分布和构件内力可以通过找形－找形计算结果中的各条命令查询或显示来得到；如果结果不理想或模型不理想，可以使用找形－恢复模型命令来回到刚刚保留过的模型，重新设置参数找形；七、添加荷载。如果要验算膜面强度或支承构件（构件和索）的强度，那就要进行荷载态分析，分析之前要先添加荷载。使用按层面显示，选择膜单元层，在屏幕上只出现膜面，使用荷载编辑→添加膜面导荷载，添加膜面的恒载、活载、风荷载，添加荷载完成后使用荷载编辑→生成导荷载封闭面命令，自动导荷载来向节点上分配荷载；通过显示节点荷载来直接显示所添加的荷载是否正确；八、内力分析及应力结果显示。使用荷载效应分析→分析内容选择及计算→计算参数→非线性荷载态命令，在工况和组合按钮中添加需要进行分析的荷载工况和组合，点中非线性分析按计算进行膜面荷载的计算，完成后可以通过荷载效应分析→分析结果菜单对膜面和支撑构件的内力和位移进行查询和显示，右图显示荷载作用下的膜面应力分布；九、构件设计和膜面设计。在计算出荷载组合的内力的前提下可以使用设计验算→选择规范菜单定义支承结构和索的选用规范（选择钢结构规范），使用设计验算→构件验算，选中支承钢结构和索进行截面校核；对于膜面，选择设计验算→选择膜面验算进行按第一类或第二类效应进行验算；十、膜裁剪。在精确找形后膜面产生初始应力，软件能够根据初始应力进行膜裁剪；使用膜裁剪→输出裁剪模型后，仍旧使用3D3S打开所输出的裁剪模型文件，按层面显示在屏幕上只显示膜单元；根据膜纹方向挑选采用三类不同的方法选择裁剪片：按平面或曲面、按照测地线、人工定义裁剪片；十一、生成裁剪片并对裁剪片进行标注。使用膜裁剪→生成裁剪片菜单，生成裁剪片文件，在生成的裁剪片图形中，可以使用标注裁剪片命令来对已有的图形进行坐标定位；建筑索膜结构设计系统手册92.2操作流程图总体流程图：膜层编辑流程图：支承层编辑流程：建筑索膜结构设计系统手册10第二章膜结构模块菜单功能文字说明3.1结构编辑3.1.1膜层编辑3.1.1.1快捷建模（多点构造膜面，构造鞍型膜面，构造锥形膜面，构造任意锥形膜面，由杆件构造膜单元，三点画膜单元）（1）多点构造膜面根据用户输入坐标形成膜面控制点的拓扑形状；命令:AddMesh第一点<回车退出>:0，0，0下一点[U-退回]<回车结束>:1000，1000，-2000下一点[U-退回]<回车结束>:1000，2000，3000参数说明：直接划分成膜单元：形成三角形的膜单元网格；仅生成膜边界线：形成膜边界线，不划分单元；分段数：所选边界的分段数；索边界：所选边界是否属于索边界；双击条目，下面的对话框允许用户修改设定的边界参数建筑索膜结构设计系统手册11（2）构造鞍型膜面多点构造膜面的特例，四点具有高低差的矩形或正方形鞍型膜面。参数说明：直接划分成膜单元：同多点构造膜面；插入点：左图中十字白点为插入点；高差：鞍型膜面高低点的高差；双击条目，下面的对话框允许用户修改设定的参数（3）构造锥形膜面形成锥形膜面。参数说明：锥顶半径：顶环半径；锥底外接圆半径：锥底可以是正多边形，设定锥底锥底外接圆半径大小；锥高：锥顶和锥底的高差，即锥形膜的高度；顶边分段数、锥脊分段数、底边分段数：定义膜结构三角单元划分的分段数；顶边边索、脊索、底边边索：定义索的位置；顶边圆弧边，底边圆弧边：定义控制边为圆弧。建筑索膜结构设计系统手册12（4）构造任意锥形膜面根据用户输入生成任意锥形膜面。一个锥体由若干个锥底节点及一个锥顶节点组成，上图所示锥体有5个锥底控制节点。锥底控制节点依次排序（按顺时针或逆时针排序），每两个锥底控制节点之间组成一条锥底边界，该边界可以是直线也可以是圆弧线，对于圆弧线边界可以定义圆弧线控制节点间直线的旋转角度，该角度为0度时，边界所在圆弧线在通过控制节点且垂直于水平面的垂面内。锥顶节点可以是一个点也可以是一个圆，并且这个圆可以绕世界坐标X轴及Y轴旋转，生成斜放的锥体。建筑索膜结构设计系统手册13执行命令后，弹出上图所示对话框，定义参数如下：锥底参数：锥底参数包括锥底控制点的坐标、网格划分数、控制点间曲率半径及控制点边界绕X、Y轴的旋转角度，具体说明如下：Px：控制点X坐标；Py：控制点Y坐标；Pz：控制点Z坐标；Num1、Num2、Num3：边界等分数，其中Num1表示锥顶边界的等分数，Num2表示锥底与锥顶之间的等分数，Num3表示锥底边界的等分数。R：锥底边界的曲率半径；其值为0或小于锥底对应节点间距离的一半时锥底边界为直线。Ang：锥底边界为圆弧时，该参数控制圆弧线绕两个控制节点所在直线的转角，其值为0时，圆弧线所在平面垂直于水平面。边索、脊索：用以表示是否有边索和脊索。“点取”：在CAD主界面中点取锥底节点坐标。“增加”：在对应的文本框内输入控制节点坐标及对应膜片的等分数等参数后，点取“增加”按钮，即将输入的控制点信息加入到列表框内。在预览框内将显示更新后的锥体模型。“修改”：改变已输入锥底控制点及对应信息。在预览框内将显示更新后的锥体模型。“删除”：删除输入的错误控制点及对应信息。在预览框内将显示更新后的锥体模型。“全删”：删除已输入的全部控制点及对应信息。“排序”：转变锥底控制点的排序，使其按顺时针或逆时针排序。锥顶参数：R：锥顶开圆洞的半径。AngX：锥顶圆洞绕X轴的旋转角度，单位度。AngY：锥顶圆洞绕Y轴的旋转角度，单位度。Cx：锥顶中心的X坐标。Cy：锥顶中心的Y坐标。Cz：锥顶中心的Z坐标。“锥顶边索”：用户输入锥顶是否有边索。“点取锥顶坐标”：在CAD主界面中点取锥顶节点坐标。建筑索膜结构设计系统手册14“计算锥底形心”：计算锥底的形心坐标作为锥顶节点中心。只取X、Y坐标，用户需调整Z坐标。视图：在预览框中切换锥体显示视图。预览锥体：刷新预览框内的图形。生成锥体：将锥体模型加入到CAD主界面整体模型中。（5）由杆件构造膜单元用户选择需构造膜单元的杆件，软件自动形成三边形膜单元。（6）快捷建模－三点画膜单元直接根据用户输入的三点构造膜单元。3.1.1.2定义膜边界用来定义一般的膜边界；按边界是否有索，点选索边界或无索边界，并同时输入边界划分单元数；注:为什么要定义膜边界？膜边界是指仅满足边界控制点坐标的直线。膜边界之间是平面膜面或简单扭曲面膜面。膜边界分索边界和无索边界两种。当膜结构中需要添加边索、脊索、谷索时，膜边界为索边界，划分单元时索与膜同时进行划分，以保持共同作用；否则，膜边界为无索边界。软件定义膜边界有三层含义：一是确定边界控制点，二是确定索的位置；三是划分单元的方便，通过该命令将整个复杂图形划分成若干简单曲面以利于划分。定义对象可以是ACAD的直线、曲线、弧线等。3.1.1.3膜单元划分选择需要划分的封闭多边形，右键确定完成划分；或者直接右键默认为全部划分。注意:有些“封闭”的多边形没有划分，那么请仔细检查分段数的定义是否正确；或者边界线端点没有重合，差别有时非常细微，但的确没有相交。3.1.1.4膜单元加密加密已经划分的三角形单元网格。3.1.1.5添加索（添加膜层索，沿切割线添加索，沿测地线添加索）（1）添加膜层索：在节点间添加索构件，注：如果索是沿着膜面布置并且和膜面共同建筑索膜结构设计系统手册15变形（如膜的索边界），那么添加索构件的时候必须是连接到膜面划分后的每一个三角形网格的节点上；（2）沿切割线添加索：用来布置膜面中的索，比如谷索或脊索等，添加后软件自动沿索产生膜面节点；（3）沿测地线添加索：用来布置沿膜面的索，比如谷索或脊索等，添加后软件自动沿索产生膜面节点；注：膜面索构件性质的定义和修改：①建立截面库运行构件属性－>建立截面库„，下拉滚动条，双击圆钢及索(若没有打“√”选中的话)，通过增加将工程要用的索截面半径输入。②定义截面运行构件属性－>定义截面命令，选择欲定义单元，将相应截面定义到索单元上。③定义材性运行构件属性－>定义材性命令，双击“„„”的行，输入索单元的材性，选择欲定义单元，将相应截面定义到索单元上。建筑索膜结构设计系统手册16④定义索初拉力运行属性－>初始状态预应力导入，在屏幕弹出的对话框中填入初拉力值(单位：kN)，并按“定义…”按钮选择索单元定义，具体参数解释详见3.3.4节。如图所示：3.1.1.6删除索删除膜层索。3.1.1.7添加吊杆先点取膜上一点，然后点取吊杆固定点，右键完成吊杆的绘制；可以在定义初应力和只拉单元菜单中查询到吊杆的力密度初始值为10；吊杆用于力密度找形；3.1.1.8添加撑杆建筑索膜结构设计系统手册17先点取膜上一点，然后点取撑杆固定点，右键完成撑杆的绘制；可以在定义初应力和只拉单元菜单中查询到撑杆的力密度初始值为-1；撑杆用于力密度找形；3.1.1.9定义硬边界（定义硬边界，定义硬边界到直线或曲线上，沿经向定义硬边界到圆、椭圆上）（1）定义硬边界：有两种方式：选择边界线或边界点、三点提供选择；需要输入1或2来选择具体方式；当选择1时，如果边界上有索，可以直接点取索（索对象会自动变绿色），如果没有索对象，那需要选择节点来指定约束点；当选择2时，只要指定硬边界所在膜边的起点、中间任一点、终点就可以把该膜边定义为硬边界。（2）定义硬边界到直线或曲线上当需要把索边界（软边界）整体移动到一条直线或曲线上，并且定义为硬边界时，可以使用本命令。沿径向定义硬边界到圆或椭圆上当需要把索边界（软边界）整体沿径向移动到曲线上，并且定义为硬边界时，可以使用本命令。（3）沿径向定义硬边界到圆或椭圆上当需要把索边界（软边界）整体沿径向移动到圆或椭圆上，并且定义为硬边界时，可以使用本命令。3.1.1.10定义软边界有两种方式：选择边界点、三点提供选择；需要输入1或2来选择具体方式；当选择1时，需要选择一批节点来定义软边界；当选择2时，只要指定软边界所在膜边的起点、中间任一点、终点就可以把该膜边定义为软边界；注：软件会自动将软边界的起点和终点定义为支座，并且在两端点之间添加上索。注：硬边界和软边界区别：硬边界所有结点上均有支座约束；软边界仅起点和终点上有支座约束，两端点之间为索单元。3.1.1.11膜材特性定义膜材的弹性模量E、泊松比、膜材厚度(mm)、以及初始预应力、抗拉强度等。软件可以考虑各向同性或经纬向材性不同。勾中“各向同性”则为各向同性膜材；不勾“各向同性”则经纬向材性不同，此时经纬向材性参数均需输入。建筑索膜结构设计系统手册183.1.1.12定义膜材经向执行命令后，弹出下图所示对话框，用户根据膜材实际布置情况选择主轴方向，并输入相应参数。软件默认膜材经向的形状有三种，即平行状、放射状和环状。平行状就是所有选择的膜单元主轴都沿一个方向，需要输入两点坐标，从而确定一个方向向量，则“定义…”的膜单元经向都沿这个方向；放射状是指所有选择的膜单元材料经向都指向一个中心点，此时需要输入这个中心点的坐标；环状与放射状相反，所有“定义…”的膜单元材料纬向都指向一个中心点，经向呈环状，此时需输入膜材纬向指向的中心点坐标。经纬向通过“构件信息显示…”命令中的膜单元“材料经向”控制是否显示。3.1.1.13.膜单元预张力定义功能：定义膜单元的径向、纬向预张力。定义经向预张力：选择膜单元定义其经向预张力，默认值为3N/mm。定义纬向预张力：选择膜单元定义其纬向预张力，默认值为3N/mm。建筑索膜结构设计系统手册193.1.2支承层编辑3.1.2.1添加支承层杆件可以选择定义acad的单线为构件或者直接画构件的方法添加支承层构件；通过双击左边属性列表框可以修改构件属性。3.1.2.2沿膜面添加支承层杆件如果构件的位置沿膜边，比如作为膜面硬边界的构件，可以使用本命令；有三个选择类型：1－选择点，2－三点选择，3－沿切割线选择；方法1是通用的选择方法；方法2是针对添加膜边构件的方法；方法3是添加膜面内部构件的方法。添加支承层索使用方法类似添加支承层杆件，区别是增加的杆件被自动赋予了索的预应力属性。3.1.3其它编辑命令3.1.3.1定义膜层、支承层膜结构模型被分为膜层和支承层；其中膜层包括膜面、索（边索、谷索、脊索等）、吊杆、撑杆等；支承层包括支承构件、索；可以通过本命令来调整对象的归属层。3.1.3.2打断在软件模型中，如果要使两个单元的彼此连接，那么单元之间必须共节点，这就需要建筑索膜结构设计系统手册20使用打断命令。（1）打断杆件：该命令用于生成打断杆件，选择了一根或几根杆件后弹出如下对话框：用户选择了打断方式后软件自动按选定方式打断选择的杆件。（2）构件两两相交打断：该命令用于将选择的构件两两相交打断。（3）直线两两相交打断：该命令用于将选择的直线（line）两两相交打断。3.1.3.3删除重复单元节点该命令用于将重复的单元或节点删除，删除的精度由显示查询－显示参数对话框中的“建模允许误差值”控制，若两节点间距小于建模允许误差值，则认为是重复节点。重复节点的存在会影响内力计算及导荷载等和构件有关的操作，所以一般建模完成后至少执行一次该命令以删除重复单元节点，在进行结构编辑过程中也应该多次执行该命令。3.1.3.4由单元得到对应直线、面域该命令用于由杆件生成对应的直线（LINE），保存到另外一个文件，通过本命令可以把3D3S模型还原成ACAD的直线模型。通过该命令也可以选择膜三角单元，将其变为实体，保存在另外一个文件，用于做效果图用。3.1.3.5输出单元、节点信息用于以DWG的格式保存模型的单元、节点图形，并且列出坐标表和单元长度表，可以作为计算书或图纸的一部分。3.1.3.6模型导入用来合并多个工程模型，在当前模型插入其它的3D3S模型，并且把其它模型中所有属性（包括荷载、截面等）都插入当前模型中。3.1.3.7最小化另存为软件在计算和设计过程中会产生很多中间文件，这些文件在重新内力分析后验算后就会重新产生，占用很大的存储空间，当需要移动工程文件时，可以使用本菜单，这样在保存工程中软件可以不保留中间结果文件从而达到压缩文件大小的目的。建筑索膜结构设计系统手册213.2显示查询详细请见《基本操作手册及原理》之显示查询功能。其中构件信息显示中，膜结构常用显示信息为：拉压限定、初应力、膜单元号、膜裁剪片号、材料径向等。3.3构件属性详细请见《基本操作手册及原理》之构件属性功能，这里仅列出膜结构中常用到的其中两个构建属性功能点3.3.1拉压限定功能：用于定义结构中的只拉单元、只压单元来定义构件的受力特性，只拉单元仅承受拉力，只压单元仅承受压力；当最大可承受压力为0时，表示单元为只拉单元，当最大可承受拉力为0时，表示单元为只压单元。用户可以同时定义最大可承受压力和最大可承受拉力。注意：定义只拉只压单元的杆件两端要完全释放。按下图进行杆件两端的单元释放。建筑索膜结构设计系统手册223.3.2支座边界3.3.2.1一般边界一般支座边界用来定义支承结构的支座边界，具体包含刚性约束、弹性约束、支座位移以及间隙约束三种选择。定义支座边界的步骤：1、定义约束(1)首先在对话框内选择约束情况，若为弹性约束、支座位移或间隙约束还应填入相应数值；(2)按“选择受约束节点”按钮，对话框自动隐去，用鼠标在屏幕上选择所要定义的节点，按鼠标右键表示选择结束，对话框自动弹出，可按步骤（1）、（2）继续定义节点约束或查询节点约束；(3)按“关闭”按钮表示结束。2、查询约束(1)按“查询节点约束”按钮，对话框自动隐去，用鼠标在屏幕上选择所要查询的节点，按鼠标右键表示选择结束，对话框自动弹出，对话框内显示所查询节点所受的节点约束情况。接下来可继续定义节点约束或查询节点约束；(2)按“关闭”按钮表示结束。注意：(1)X、Y、Z表示沿X、Y、Z向的平动约束；Rx、Ry、Rz表示绕X、Y、Z向的转动约束；(2)支座边界是限制结构运动的装置。实际结构中的节点约束一般都位于支座处。另外，对于平面结构，在用有限元计算时，需要阻止平面外的位移，可以灵活运用支座边界约束节点面外自由度；(3)一般梁梁节点，梁柱节点是刚节点，但不是节点约束，不能设支座边界。因为该建筑索膜结构设计系统手册23刚节点是有节点位移的，该点的运动并没有被限制。3.3.2.2膜硬边界膜硬边界定义支座的方式与一般边界定义支座命令基本相同，唯一区别就是区分了一般边界（蓝色）、膜硬边界（绿色）；一般情况都使用一般边界，只有当用户需要先建立膜面模型进行设计，设计完成后打算再把支承结构补上重新设计时，在膜面结构的边界可以使用绿色边界，这样在加上支承结构后，支承构件和膜面接触点的原先的绿色支座就不需要去除，并且不去除这些支座和去除绿色支座的结果是一样的，绿色支座的支座反力会自动加到支撑结构上去进行分析。图1和2的效果完全一样、图3和4的效果完全一样3.3.2.3定义支座边界的步骤：1、定义约束(1)首先在对话框内选择约束情况，若为弹性约束、支座位移或斜边界还应填入相应数值；(2)按“选择受约束节点”按钮，对话框自动隐去，用鼠标在屏幕上选择所要定义的节点，按鼠标右键表示选择结束，对话框自动弹出，可按步骤（1）、（2）继续定义节点约束或查询节点约束；(3)按“关闭”按钮表示结束。2、查询约束(1)按“查询节点约束”按钮，对话框自动隐去，用鼠标在屏幕上选择所要查询的节点，按鼠标右键表示选择结束，对话框自动弹出，对话框内显示所查询节点所受的节点约束情况。接下来可继续定义节点约束或查询节点约束；(2)按“关闭”按钮表示结束。3.3.3单元释放功能：用于刚接体系中存在铰接节点的结构，对铰接节点的端头进行单元释放。增加了两种定义方式，现在有按节点大小，选择一端，按坐标三种定义方式。建筑索膜结构设计系统手册24按节点号大小定义选择一端定义建筑索膜结构设计系统手册25按坐标(1)定义方式(2)选择释放选项；其中对话框内的“i节点”和“j节点”当1轴方向为小号节点指向大号节点时，i节点和j节点分别指单元左右节点号较小的一端和较大的一端；当1轴方向为大号节点指向小号节点时则刚好相反。转动释放绕某轴选中时表示绕该轴铰接，一般情况不选择绕1轴释放，除非索单元；对一般结构不选择平动释放，除非构件端部允许相对的滑移。(3)选择欲释放的单元。注意：(1)对于结构体系是平面框架或空间框架的结构，单元与单元之间的节点在不处理时都是刚接的，即该节点可以传递弯矩，当节点是铰接点时，则需要单元释放，使该单元端部相应的力为0，比如：下图单元1的i节点端需单元释放；(2)可处理为平动释放的一些例子：门式刚架砼柱钢梁，柱子单元不仅绕3轴转动释放，而且其中一柱上端沿2轴平动释放梁对柱较大的水平推力；(3)在半钢性连接节点中，需要输入转动刚度值。(4)通过桁架快捷建模得到的桁架默认结构体系为空间框架（即杆件间刚接），中间腹杆默认为两端单元释放，见下图：3.3.4初始状态预应力导入功能：设置建筑用索的预张力。建筑索膜结构设计系统手册26不定义：取消主动索、被动索、力密度的定义。被动索是定长索，在预应力结构施工中设定为不可调节的索，其索的下料原长事先确定。在建立的结构模型中，索单元的两个节点位置是由图纸确定的，通常索段内已存在预张力，即索的下料原长小于模型中的单元长度。这时，可以通过定义被动索力、定义初应变、定义温度、定义原长实现。1）定义索力（被动索）依据材料力学公式：式中，E、A是索段的弹性模量和面积，N是被动索力，L和L0分别表示索的模型长度和下料原长。2)定义索原长。需要注意的是，索长变化�1mm，索力变化较大，直接设置原长比较难控制预张力的变化。比如�α=1.0e-5，E=150GPa，A=1000mm2，L0=3000mm的索，索原长变化�1mm，可以输入被动索力为�50kN，或者设置温度-33度，或者初应变�1/3000左右，设置被动索力和温度比较容易控制。3)定义初应变依据应变和索力关系公式，当定义初应变时，直接换算得到被动索力，�即可按上式建立索下料原长与初应变的关系。式中，ε是初应变。建筑索膜结构设计系统手册274）定义温度依据温度和索力关系公式，当定义降温时，直接换算得到被动索力，即可按上式建立索下料原长与温度的关系。式中，α是线膨胀系数，ΔT为温度。定义主动索：在初始态找形中保证索拉力不变，相当于控制初应力的只拉单元；力密度找形：只针对索膜体系（用力密度法对索膜找形）。力密度法找形原理为将三角形膜单元等效为杆单元，采用索网体系力密度找形的方法完成膜结构形状确定，再将杆单元中的应力等效成膜单元应力。在力密度找形过程中，存在膜单元等效成的杆单元，也存在结构中真实存在的杆单元。因此，软件以膜应力为单位应力，要求给出真实索应力对应的膜转换应力的倍数。实际使用过程中，用户可以根膜结构的曲面形状、边索的凹度等调整力密度找形过程中的索力倍数。1）定义索网力：索网力就是按力输入力密度，每根单元的力密度=索网力/长度，按此力密度分布确定索网形状和内力分布2）定义力密度：直接输入力密度值，力密度=索网力/长度。定义时可以选中整根索：为了便于选择，软件根据以下原则判断几个索段单元是否属于一根索：①索段首尾相连；②一根索的中间节点只与膜单元的节点连接，不与其它索、杆、梁单元的节点连接；③一根索的中间节点没有支承点。不满足上述任一条要求的索段将被认为是不同的索。3.4充气膜充气式膜结构是将膜面周边边缘固定于刚性支撑结构上，通过送风设备对结构内部进行充气，使膜面膨胀至设计的曲面形状，利用结构内外气压差支撑膜面抵御外部荷载作用。3D3S充气膜结构相关定义集中在充气膜菜单中。建筑索膜结构设计系统手册283.4.1定义充气膜类型3D3S定义3种类型的膜结构单元，缺省为非充气膜单元：非充气膜：即一般的张拉膜结构，如张拉式膜结构、骨架式膜结构等，由预张力导入成形；该选项可以将错误定义的充气膜单元恢复为一般膜单元。单层充气膜：又称气承式膜结构，整体结构采用密闭的室内空间，利用室内外的气压差使膜面张紧以抵抗外部荷载。双层充气膜：通过在上下两层膜面之间充气加压形成稳定形态，依靠双层膜整体来承受外部荷载。3D3S允许一个工程中既包含非充气膜部分，也包含充气膜部分，因此在膜单元层面定义充气膜。3.4.2定义充气膜法向根据充气膜法向，定义气压的方向。定义参考点位置，确定充气膜的气压方向。如下图，定义参考点在模型上方，同时定义膜面法向指向参考点，充气膜向上鼓起；同理，定义参考点在模型下方，同时定义膜面法向指向参考点，充气膜向下鼓出；再举一例，当在一个盒子膜结构内部定义参考点，同时定义膜面法向背离参考点，3个膜面将均向外鼓出。建筑索膜结构设计系统手册293D3S初始建模模型可以代表双层膜，两层膜鼓出的方向是相反的，应该如何定义？对于上层膜，将参考点定义在模型上方，并定义膜层法向指向参考点，同时，对于下层膜，可以参照上图中图的方法，将参考点定义在模型下方，也定义膜层法向指向参考点；用户也可以仅指定一个参考点，但上层膜面法向指向参考点，下层膜面法向背离参考点。总之，参考点以及是否指向参考点这两个选项将指定膜面法向，即确定膜面鼓出方向。3.4.3定义气压针对初始态，计算工况和组合均按设计要求定义气压。初始态、不同的工况和组合需要定义不同的气压。对话框自动列出用户已经定义的工况和组合，用户只需对需要计算的工况或组合进行定义。提醒用户注意的是：充气膜结构的形状确定不仅受充气气压的影响，用户可以通过同时调整充气气压和膜预张力来实现需要的膜面形状。3.4.4充气膜结构示例3.4.4.1单层充气膜结构（气承式膜结构）示例（1）建模→膜层编辑→快捷建模→构造鞍形膜面，删除缺省的索边界勾选项，高差设为0。建筑索膜结构设计系统手册30（2）建模→膜层编辑→膜材材性，按缺省值，确定。建筑索膜结构设计系统手册31（3）充气膜→充气膜定义→单层充气膜，选择所有单元。（4）充气膜→定义充气膜法向，双击“„„”行，定义参考点坐标（10000，0，15000），指向参考点，确定；单层膜（双层膜上层）→定义，选择所有单元，关闭。（5）充气膜→定义气压，定义初始态气压200Pa。（6）找形→精确找形，按缺省值，有限元法找形。建筑索膜结构设计系统手册32（7）根据工况和组合，定义相应的气压，进行荷载态非线性分析。方法同一般膜结构，从略。3.4.4.2双层充气膜结构（气枕式膜结构）示例（1）建模→膜层编辑→快捷建模→构造鞍形膜面，删除缺省的索边界勾选项，高差设为0。建筑索膜结构设计系统手册33（2）建模→膜层编辑→膜材材性，按缺省值，确定。（3）充气膜→充气膜定义→单层充气膜，选择所有单元。（4）充气膜→定义充气膜法向，双击“„„”行，定义参考点坐标（10000，0，15000），指向参考点，确定；单层膜（双层膜上层）→定义，选择所有单元。建筑索膜结构设计系统手册34充气膜→定义充气膜法向，双击“„„”行，定义参考点坐标（10000，0，15000），背离参考点，确定；双层膜下层→定义，选择所有单元，关闭。（5）充气膜→定义气压，定义初始态气压200Pa。（6）找形→精确找形，按缺省值，有限元法找形。建筑索膜结构设计系统手册35（7）根据工况和组合，定义相应的气压，进行荷载态非线性分析。方法同一般膜结构，从略。上面的示例主要说明了充气膜结构的软件应用。注意到：在示例2中，用户定义了单层的鞍形膜面初始模型，但是通过定义上下层膜的膜面法向参考点，软件可以识别单层模型，并在找形过程中形成双层充气膜面。我们也注意到，上面的示例中没有定义索，而在膜结构中，膜和索是不分家的。下面我们进一步说明如何在3D3S双层充气膜中定义双层索的作用。3.4.5定义双层索单元由于初始建模模型是单层的，里面的索可能从属于上层膜，也可能从属于下层膜，甚至既属于上层膜，也属于下层膜。不分层：缺省的索属于单层索，比如边索在上下层膜的公共边上，可以认为是单层索；若应属于上层膜或下层膜的索没有定义，3D3S自动认为是上层膜；用户错误定义的分层索可以通过重新定义为不分层索修正。分层：该索单独从属于上层，下层或者该索同时分属于上下层膜，点中分层，核选上层、下层定义。建筑索膜结构设计系统手册363.4.6定义双层索截面3D3S定义截面、定义预张力命令仅针对一根单元实现。这里，由于初始建模模型是单层的，而通过上述定义双层索命令赋予单根构件双层索属性，相当于一根构件代表了两根构件的属性，只是在初始建模形状下两根构件是重合的，因此通过定义双层索截面和双层索预张力命令对这根构件赋值，从而实现分别对上下层索的赋值。选中两个截面，定义双层索构件单元，实现对上下层索单元的面积赋值。等截面代表上下层索选用相同的截面。3.4.7定义双层索预张力填索力定义数值→双层索上层定义，定义上层索预张力，选择双层索；填索力定义数值→双层索下层定义，定义下层索预张力，选择同一根双层索。建筑索膜结构设计系统手册373.5找形3.5.1自动找形控制由于快速找形的膜面的形状是随用户的操作而改变的，在本命令中列出了影响膜面形状的操作类型。注意：快速找形是用索膜体系中的力密度法，只能针对索膜体系本身，不考虑下部支承构件；快速找形不能作为荷载态分析的初始态，如果要进行荷载态分析，必须先用体系精确找形后才能进行；快速找形不能作为裁剪的初始态，如果要进行膜裁剪，必须先用体系精确找形后才能进行；3.5.2快速找形程序切换到快速找形的菜单界面，在这个界面里列出了膜层编辑中的定义软、硬边界、定义索硬度、增加膜层吊杆、撑杆命令；这些命令的作用和操作方法和结构编辑中的膜层编辑中同类命令完全相同；快速找形的特点是每进行膜层编辑后，软件会自动重新进行找形，即膜面的形状随用户的操作而改变，便于观察和初始态的确定。自动找形结束后用户可以通过菜单转换→返回主菜单回到主菜单。3.5.3精确找形膜结构的找形目的是要找到一个膜面的形状既符合建筑师的要求，又满足力学要求。从数学的角度上，膜面最优的曲面是最小曲面，其上的应力处处相等。由于膜面的控制点各种各样，存在脊谷索、边索等软边界，或者建筑师的要求，实际工程中并不能满足所有的曲面都是最小曲面。那么可以得到一个平衡曲面，它不要求曲面上的应力处处相等，只要应力是平衡的就可以了，同时整个膜面的预张力水平保持在初始给定值附近。3D3S软件的目标是为用户寻找最小曲面，用户可以自由控制寻找平衡曲面，当然，计算迭代次数越建筑索膜结构设计系统手册38多，一般情况下越接近最小曲面，膜面内应力也越均匀。用户需要多次试算得到需要的初始形态。由于找形只是找到一个应力均匀或应力平衡的曲面，所以对材料的弹性模量没有要求。可以改变膜的弹性模量(注意：在荷载态分析和裁剪分析中必须采用真实的弹性模量)、初应力或索的预张力来调整膜的初始状态，有时也需要改变结构控制点的位置。如果需要：得到初始状态下膜面的精确应力分布；需要在找形过程中考虑下部支承结构共同作用；需要进行荷载态分析和膜面及构件的设计验算；需要进行膜裁剪分析；必须先进行精确找形，软件提供通用有限元法和高级方法进行膜面的精确找形。通用有限元法：考虑位移协调（有限元）：不区分索膜体系、索梁体系，采用有限元法完成索膜、索膜+支承体系找形，最终的平衡状态是结构变形位置上的平衡状态。考虑自重：选择该项，找形中将同时考虑支承层和索膜层自重。高级方法：建筑索膜结构设计系统手册39索膜体系：找形过程中不考虑下部支承结构的作用，仅把支承结构和膜面的连接点作为膜面的支座来考虑；使用这种方法在找形后只能得到膜面及膜层索的内力，不能得到支承构件的内力。1）有限元法：采用几何非线性有限单元法完成膜结构的初始状态分析。软件首先以寻找膜面最小曲面为目标，每十次迭代弹出下面的对话框要求用户选择。达到最小曲面的收敛准则有两个，一个是位移准则，一个是力准则，满足任何一个准则，则认为计算收敛。位移准则：30100.1dd力准则：30100.1ff2）力密度法：膜层快速找形也是采用力密度法。力密度法是由Linkwitz及Schek等提出的一种用于索网结构的找形方法，若将膜离散为等代的索网，该方法也可用于膜结构的找形。所谓力密度是指索段的内力与索段长度的比值。把索网或等代的膜结构看成是由索段通过结点相连而成。在找形时，边界点为约束点，中间点为自由点，通过指定索段的力密度，建立并求解结点的平衡方程，可得各自由结点的坐标，即索网的外形。不同的力密度值，对应不同的外形，当外形符合要求时，由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。索膜＋支承体系：找形过程中考虑下部支承结构的作用；使用这种方法在找形后不仅能得到膜面及膜层索的内力，还能得到支承构件的内力。膜结构初始状态分析可以采用力密度法、动力松弛法和非线性有限单元法等。对于膜结构荷载态分析，软件采用几何非线性有限单元法完成。1）有限元（不考虑位移协调）：首先将支承体系和索膜体系之间的节点约束住，采用有限元法完成索膜体系的找形；然后将膜反力施加在支承体系上，采用索梁体系线性找形的方法完成支承体系的预张力分布计算。建筑索膜结构设计系统手册402）力密度（不考虑位移协调）：首先将支承体系和索膜体系之间的节点约束住，采用力密度法完成索膜体系的找形；然后将膜反力施加在支承体系上，采用索梁体系线性找形的方法完成支承体系的预张力分布计算。考虑支承层自重：选择该项，找形中将考虑支承层结构自重。考虑索膜层自重：选择该项，找形中将考虑索膜层结构自重。形状参数：用于修正找形中用到的膜材弹性模量，从而改变生成的找形曲面形状；也就是找形中用的弹性模量为膜材材性中定义的弹性模量乘以形状参数，默认1.0表示直接用材性中定义的弹性模量。索膜结构的形状确定关键是膜结构的形状及该形状对应的应力分布。用户建立的模型只是确定了膜结构的边界控制点的位置，膜面的形状，柔性边索的弧度、矢高等都是由找