一、 膜结构裁剪设计的目的及一般原则
      1. 裁剪设计的目的
      膜结构建成后的膜面是预应力作用下的空间曲面。裁剪设计（或者 称裁剪分析）的目的是用无应力、平面状态并有幅宽限制的膜材（卷材）去制作膜面，使这个膜面在张拉后符合找形所得的形状和应力分布，且膜面接缝布置美观， 膜材用料节省。
      2. 裁剪设计的内容与步骤
      膜结构裁剪设计的内容与步骤如下：（1）在找形得到的空间膜面上布置裁剪线，将空间膜面划分成若干个空间膜条；（2）将空间膜条展开为 平面膜片；（3）释放预应力，对平面膜片进行应变补偿（即考虑预应力释放后膜材的弹性回缩）；（4）根据以上结果，加上膜片接缝处及边角处都放量，得到平 面裁剪片；给出膜材的下料图及膜面的加工图。
      3. 裁剪线的布置原则
      裁剪线是指空间膜曲面上膜条与膜条之间的连接线，也就是裁剪片与裁剪片拼接时的接缝。
      裁剪线的布置应遵循以下原则：（1）美观，有良好的视觉效果；（2） 受力性能良好，通常将裁剪线布置成与膜材的经向一致，沿膜面主应力方向；（3）便于加工，避免裁剪线过于集中，以方便边角处理；（4）节省，即节省膜材且 使接缝总长度尽可能地短。
      通常，裁剪线的方向就是膜材的经向，即膜材的长度方向。习惯上，圆锥形（伞形）膜面的裁剪线按经向布置，马鞍形膜面的裁剪线沿平行于高点对角线的方向布 置，拱支承形膜面的裁剪线多垂直于拱的跨度方向，而脊谷式膜面的裁剪线多平行于脊谷索布置；刚性边界的膜结构，裁剪线多平行于边界支承构件，如图1 所示。设计实际工程时，不要墨守陈规。适度地改变习惯做法，有时会收到意想不到的新奇效果，参见图2。 
      4. 裁剪的应变补偿
      膜材裁剪时的应变补偿值（预缩量）受许多因素影响，如膜材本身的双轴拉伸性能、徐变性能、膜面应力水平、裁剪片的形状及材料经纬方向、 结构尺度及支承方式、膜面热合时的收缩情况、成型时的张拉难易程度等等。应变补偿常以补偿率的形式实施。严格说来，需根据膜材在特定应力比及应力水平下的 双轴拉伸试验结果，结合上述诸因素综合确定应变补偿率。
      需要注意的是，膜材经、纬向的应变补偿率通常是不同的，且不同的应力分区也应采用不同的补偿率。大体上来说，常用聚氯乙烯（PVC ）涂层覆盖聚酯织物的应变补偿率在0.5% 至0.8% ；而常用聚四氟乙烯（PTFE ）涂层覆盖玻璃纤维膜材的应变补偿率经向为0.5% 至1.0% ，纬向在1.0% 至3.0%之间。
   
二、裁剪设计的方法
      膜结构的裁剪分析最初是从量测物理模型开始的，即按一定比例制作一个所期望的结构曲面模型，用一定宽度的 纸、布或其他柔性材料剪成相应的形状粘贴到模型上，经反复修改，直到完
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      全覆盖整个模型。将每个粘贴条揭下按比例放大后，再考虑应变补偿，即可得膜材的下料图。
      对于简单、规则的可展曲面，可直接利用几何方法将其展开并得到下料图。而对于复杂曲面，需通过计算机方法确定。目前常用的裁剪方法有测地线裁剪法 （Geodesic Line Method ）及平面相交裁剪法等，现分别介绍如下。
      1. 测地线裁剪法
      测地线原是个大地测量学中的概念，又称短程线，其通常被理解为：经过曲面上两点并存在于曲面上的最短的曲线。可展曲面上的测地线在曲面展开成平面后为直 线；不可展曲面上的测地线在展开后接近直线。测地线裁剪法，就是以测地线来剖分空间膜面。求曲面上的测地线的问题，实际上是一个求曲面上两点间曲线长度之 泛函极值的问题。
      用测地线概念作膜结构裁剪分析的问题之所以复杂，是因为膜结构几何外形的新奇多变。通过找形分析，所得到的是膜面上一些离散点的空间坐标，而不是空间曲面 的方程，因而也就无法得到曲面上两点间曲线长度的泛函的显式。通常采用分段线性化的方法来处理这一问题，即用求极值确定测地线上的若干点，再用线性插值的 方法求中间点，从而求得测地线。
      对于一些呈球面特征的曲面或曲面区域，两端点（极点）间的测地线有无数条，即测地线并不唯一，这样就很难控制膜条的最大宽度。文献[1] 提出了在两端点间再指定一个中间点的准测地线（Semi-Geodesic Line ）方法并已经用于膜结构设计软件EASY 中。
      测地线裁剪法的好处是接缝最短、用料较省，但裁剪线的分布及材料经、纬方向的考虑不易把握。实际应用中，在将由两条测地线及边界围成的空间膜条展开成平面 时，需指定其中的一条测地线为直线。
      2.  平面相交裁剪法平面相交裁剪法是用一组平面（通常用竖向平面）去截找形所得到的曲面，将膜面分成 一个个的“香蕉状”的膜条，以平面与空间曲面的交线作为裁剪线。平面相交裁剪法常用于对称膜面的裁剪，所得到的裁剪线比较整齐、美观。
      3.膜材的 连接方法
      膜材的连接方法膜材的连接方法有机械连接、缝纫连接、热合连接等。机械连接简称夹接，是在两个膜片的边缘埋绳，并在其重叠位置用机械夹板将膜片连接在一 起，见图3。机械连接常用于大中型结构膜面与膜面的现场拼接。缝纫连接是用缝纫机将膜片缝在一起。采用缝纫连接时，需要注意选择缝纫用线的强度和耐久性。 缝纫连接通常用于无防水要求的网状膜材结构中，或者是与热合连接同时应用在PVC 涂覆聚酯织物的边角处理上。
      热合连接又称焊接，是通过让膜材接触加热物体、或通过高频电磁波、或向膜材吹热空气等手法，使膜材获得相应的热量从而使织物上的涂层熔融，然后施加压力并 冷却使膜片结合在一起。热合连接是最常用的膜材连接方法。对PVC 膜材料，多用高频焊接，局部修补可用热风焊接；PTFE 及乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE) 膜材则采用接触加热物体的高温热合方法。接缝可以是搭接，也可以是采用“背贴条”的拼接，PTFE 膜材焊接时，需要在两层PTFE 膜材间放置氟化乙丙烯(FEP)薄膜条。




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