膜結(jié)構(gòu)的外形是由對(duì)其施加的預(yù)應(yīng)力所決定的，不同的預(yù)應(yīng)力將對(duì)應(yīng)不同的外形。這樣，膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就打破了傳統(tǒng)的"先建筑，后結(jié)構(gòu)"的做法，要求建筑師要與結(jié)構(gòu)工程師相互配合，共同確定膜結(jié)構(gòu)的外形。膜結(jié)構(gòu)是藝術(shù)與技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物：充滿張力自然曲線的空間膜體、高聳的桅桿、堅(jiān)如射束的根根鋼索、富于機(jī)械藝術(shù)表現(xiàn)魅力的鋼制大型節(jié)點(diǎn)，都給人以別具一格的藝術(shù)感染力。

　　從1955年膜結(jié)構(gòu)的開(kāi)拓者德國(guó)建筑師弗賴。奧托在德國(guó)聯(lián)邦花園展示會(huì)上建造出第一座張拉膜結(jié)構(gòu)至今，不過(guò)短短47年時(shí)間。然而，正是在這近半個(gè)世紀(jì)里，隨著建筑材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和施工技術(shù)的進(jìn)步，膜結(jié)構(gòu)建造技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

　　早在20世紀(jì)七、八十年代，膜結(jié)構(gòu)就已經(jīng)在西方國(guó)家中被廣泛應(yīng)用。空間形態(tài)的多樣性和絢麗多姿的夜景效果使膜結(jié)構(gòu)在當(dāng)今世界范圍內(nèi)的建筑環(huán)境設(shè)計(jì)中占有舉足輕重的地位。

　　膜結(jié)構(gòu)使用的膜材是一種強(qiáng)度高、柔韌性好的高分子材料，具有其它常規(guī)膜材（如：極易粘附灰塵和降解老化的遮陽(yáng)或帳篷用膜材）所無(wú)法比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)、柔韌、耐久、防火、透光性好、不易被污染“只有正確表達(dá)結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才有強(qiáng)大的說(shuō)服力與表現(xiàn)力”這句話揭示了張拉膜結(jié)構(gòu)的精髓。對(duì)于張拉膜結(jié)構(gòu)，任何附加的支撐和修飾都是多余的，其結(jié)構(gòu)本身就是造型；換句話說(shuō)，不符合結(jié)構(gòu)的造型是不可能的，因?yàn)槟菢拥谋∧げ皇秋h動(dòng)的就是缺乏穩(wěn)定性的。張拉膜結(jié)構(gòu)的美就在于其“力”與“形”的完美結(jié)合。張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結(jié)構(gòu)（桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件）。

　　膜材一種新興的建筑材料，已被公認(rèn)為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之后的“第六種建筑材料”。膜材本身不能受壓也不能抗彎，所以要使膜結(jié)構(gòu)正常工作就必須引入適當(dāng)?shù)念A(yù)張力。此外，要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個(gè)重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了減小結(jié)構(gòu)的變形就必須增加結(jié)構(gòu)的抗力；而膜結(jié)構(gòu)是通過(guò)改變形狀來(lái)分散荷載，從而獲得最小內(nèi)力增長(zhǎng)的。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時(shí)，可產(chǎn)生兩種回復(fù)力：一個(gè)是由幾何變形引起的；另一個(gè)是由材料應(yīng)變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多，所以要使每一個(gè)膜片具有良好的剛度，就應(yīng)盡量形成負(fù)高斯曲面，即沿對(duì)角方向分別形成“高點(diǎn)”和“低點(diǎn)”。“高點(diǎn)”通常是由桅桿來(lái)提供的，也許是由于這個(gè)原因，有些文獻(xiàn)上也把張拉膜結(jié)構(gòu)叫做懸掛膜結(jié)構(gòu)（suspensionmembrane）。索作為膜材的彈性邊界，將膜材劃分為一系列膜片，從而減小了膜材的自由支承長(zhǎng)度，使薄膜表面更易形成較大的曲率。

　　有文獻(xiàn)指出，膜材的自由支承長(zhǎng)度不宜超過(guò)15米，且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外，索的另一個(gè)重要作用就是對(duì)桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐，從而保證不會(huì)因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌。

　　膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：

　　1，初始態(tài)分析：確保生成形狀穩(wěn)定、應(yīng)力分布均勻的三維平衡曲面，并能夠抵抗各種可能的荷載工況；這是一個(gè)反復(fù)修正的過(guò)程。

　　2，荷載態(tài)分析：張拉膜結(jié)構(gòu)自身重量很輕，僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/5，混凝土結(jié)構(gòu)的1/40；因此膜結(jié)構(gòu)對(duì)地震力有良好的適應(yīng)性，而對(duì)風(fēng)的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測(cè)資料尚少，故對(duì)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常采用安全系數(shù)法。

　　3，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定，及對(duì)支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當(dāng)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與膜結(jié)構(gòu)不同時(shí)，應(yīng)注意不同設(shè)計(jì)方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。

　　4，連接設(shè)計(jì)：包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。

　　5，剪裁設(shè)計(jì)：這一過(guò)程應(yīng)具備必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補(bǔ)償值（應(yīng)通過(guò)雙軸拉伸試驗(yàn)確定）。

　　膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問(wèn)題有：

　　1，預(yù)張力的大小及張拉方式；

　　2，根據(jù)控制荷載來(lái)確定膜片的大小和索的布置方式；

　　3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水（雪）；

　　4，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，以避免應(yīng)力集中；

　　5，考慮膜材的運(yùn)輸和吊裝；

　　6，耐久性與防火考慮。

　　在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所要考慮的要點(diǎn)有：

　　1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學(xué)效果；

　　2，細(xì)化支承結(jié)構(gòu)，以充分表達(dá)透明的空間和輕巧的形狀；

　　3，簡(jiǎn)化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點(diǎn)，降低現(xiàn)場(chǎng)施工量。

　　膜結(jié)構(gòu)研究的主要問(wèn)題有：

　　1，找形（Form-finding）或更進(jìn)一步叫“形態(tài)理論”；

　　2，考慮膜材松弛和各向異性下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)；

　　3，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力穩(wěn)定性；

　　4，裁剪優(yōu)化；

　　5，膜與索及支承結(jié)構(gòu)間的相互作用。