膜材本身不能受压也不能抗弯，所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。此外，要保证膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力；而膜结构是通过改变形状来分散荷载，从而获得最小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时，可产生两种回复力：一个是由几何变形引起的；另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多，所以要使每一个膜片具有良好的刚度，就应尽量形成负高斯曲面，即沿对角方向分别形成“高点”和“低点”。“高点”通常是由桅杆来提供的，也许是由于这个原因，有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构。
索作为膜材的弹性边界，将膜材划分为一系列膜片，从而减小了膜材的自由支撑长度，使薄膜表面更易形成较大的曲率。索的另一个重要作用就是对桅杆等支撑结构提供附加支撑，从而保证不会因膜材的破损而造成支撑结构的倒塌。
膜结构设计主要包括以下内容：
1）初始态分析：确保生成形状稳定、应力分布均匀的三维平衡曲面，并能够抵抗各种可能的荷载工况；这是一个反复修正的过程。
2）荷载态分析：张拉膜结构自身重量很轻，仅为钢结构的1／5，混凝土结构的1／40；因此膜结构对地震力有良好的适应性，而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于目前观测资料尚少，故对膜结构的设计通常采用安全系数法。
3）主要结构构件尺寸的确定，及对支撑结构的有限元分析。当支撑结构的设计方法与膜结构不同时，应注意不同设计方法间的系数转换。
4）连接设计：包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。
5）剪裁设计：这一过程应具备必要的试验数据，包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值（应通过双轴拉伸试验确定）。
膜结构在方案阶段需要考虑的问题有：
①预张力的大小及张拉方式。
②根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式。
③考虑膜面及其固定件的形状以避免积水（雪）。
④关键节点的设计，以避免应力集中。
⑤考虑膜材的运输和吊装。
⑥耐久性与防火考虑。
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