索膜结构系列谈 -- 理论篇 [精华]

第一帖 何为找形？为什么张力结构需要找形？找形的目的与结果是什么？

索网（cable network）﹑膜（membrane）及张拉整体（tensegrity）等张力结构在进行荷载态的分析之前，都有一个找形（form-finding or shape-finding）的过程。

所谓找形 ，简言之，就是找出合理的形体。

让我们回顾一下传统结构的设计过程。传统的结构设计是由建筑师先给出建筑方案，结构师选择合理的结构体系并初步选定构件的截面尺寸，然后才是结构分析和构件设计。需要强调的是，这里讲的是设计而不是计算，设计更多的是从荷载传递途径或者说力流分布角度来考虑的，用时下流行的话说，是"概念设计"; 而结构方案确定之后具体到每个构件要用多大的截面﹑配多少钢筋等等，则是计算或者叫计算设计。计算可以由相应的电脑程序来完成，而设计才是工程师的主要工作。

张力结构以索﹑膜等柔性材料为主要受力构件，而索膜本身并不能维持既定的空间形状。要保持稳定，必须施加预应力。不同的预应力分布及其数值，决定不同的形状, 建筑师给出的任一外形，未必有合理的预应力分布与之对应，甚至未必能够张成。

找形的目的，就是找出既满足建筑师的外形构思，又符合边界条件和力学平衡的空间形状。

找形的结果，是得到上述空间形状的三维坐标以及基于该形状的预应力分布值。