膜結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)類型，它打破了純直線建筑風(fēng)格的模式，以其的優(yōu)美曲面造型，簡潔、明快、剛與柔、力與美的組合，給人耳目一新的感覺，同時(shí)給建筑設(shè)計(jì)師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。膜結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的時(shí)代感和代表性，是集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的多學(xué)科交叉應(yīng)用工程，具有很高的技術(shù)含量和藝術(shù)感染力，其曲面可以隨建筑師的設(shè)計(jì)需要任意變化。結(jié)合整體環(huán)境，建造出標(biāo)志性的形象工程，并且實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。既可應(yīng)用了大型公共設(shè)施，如體育場館的屋頂系統(tǒng)、機(jī)場大廳、展覽中心、購物中心、停車場、站臺(tái)設(shè)施等。又可應(yīng)用于休閑設(shè)施、工業(yè)設(shè)施、入口廊道以及標(biāo)志性或景觀性的建筑、小品等。由于膜材的光透性，白天陽光可以透過膜材形成慢射光，使膜覆蓋空間內(nèi)達(dá)到和室外幾乎一樣的自然效果，因此膜結(jié)構(gòu)能創(chuàng)造出與自然環(huán)境相媲美的空間形式。

　　索膜結(jié)構(gòu)作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨(dú)特的形態(tài)及膜材本身的性能。恰由于此，用膜結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)建筑體系無法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案。

　�、陛p質(zhì)：張力結(jié)構(gòu)自重小的原因在于它依靠預(yù)應(yīng)力形態(tài)而非材料來保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。從而使其自重比傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的小得多，但卻具有良好的穩(wěn)定性，建筑師可以利用其輕質(zhì)大跨的特點(diǎn)設(shè)計(jì)和組織結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)件，將其輕盈和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性有機(jī)地統(tǒng)一起來。

　　⒉透光性：透光性是現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)最被廣泛認(rèn)可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度，這對(duì)于建筑節(jié)能十分重要。對(duì)于一些要求光照多且亮度高的商業(yè)建筑等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用，膜材透光性可為建筑設(shè)計(jì)提供更大的美學(xué)創(chuàng)作空間。夜晚，透光性將膜結(jié)構(gòu)變成了光的雕塑。

　　膜材透光性是由它的基層纖維、涂層及其顏色所決定的。標(biāo)準(zhǔn)膜材的光譜透射比在10%~20%之間，有的膜材的光譜透射比可以達(dá)到40%，而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對(duì)光色的選擇可以通過涂層的顏色或是面層顏色來調(diào)節(jié)。

　　通過膜材和透光保溫材料的適當(dāng)組合，可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個(gè)百分點(diǎn)，膜屋面對(duì)于人眼來說依然是發(fā)亮和透光的，具有輕型屋面的觀感。

　�、橙嵝裕簭埨�膜結(jié)構(gòu)不是剛性的，其在風(fēng)荷載或雪荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生變形。膜結(jié)構(gòu)通過變形來適應(yīng)外荷載，在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會(huì)減小，直至能更有效抵抗該荷載。

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　　近年來在中國建筑 結(jié)構(gòu)中也有長足的進(jìn)展。 大阪萬國博覽會(huì)中的美國館采用了氣承式空氣 膜結(jié)構(gòu)。這個(gè)擬橢圓形、軸線尺寸為 140m×83.5m的展覽館是世界上個(gè)大跨度的 膜結(jié)構(gòu)，而且是采用了聚(PVC)涂層的玻璃纖維織物。 作為一種真正的現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)，大阪萬國博覽會(huì)的展覽館標(biāo)志著 膜結(jié)構(gòu)時(shí)代的開始。自此以后， 膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展。 從跨度來說,美國的"銀色穹頂"氣承式空氣 膜結(jié)構(gòu)的平面有234.9m×183m，開始采用聚四(PTFE)涂層的玻璃纖維織物，類似的大型體育館在北美就建了九座。從面積來說,沙特阿拉伯吉大機(jī)場候機(jī)大廳的懸掛膜結(jié)構(gòu)占地42萬m2。 作為 膜結(jié)構(gòu)一種新形式，索穹頂于1988年首先用在漢城的體操館與擊劍館，其后又在一些體育建筑中得到推廣。 千年穹頂以其獨(dú)特的 膜結(jié)構(gòu)，顯示了當(dāng)今建筑技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展水平。目前國內(nèi)有好多廠家都能生產(chǎn)有PVC涂層聚酯織物，但其性能尚未能完全達(dá)到建筑織物的要求，作為建筑用的性材料尚需進(jìn)一步提高。據(jù)悉最近有些公司正在試制有PVDF面層的聚酯織物和PTFE玻璃纖維織物，外觀與性能都大有改進(jìn)。 近一段時(shí)間來，國外媒體表現(xiàn)出了對(duì)中國建筑設(shè)計(jì)前所未有的關(guān)注。2005年12月23日的美國《》評(píng)選出了中國新建筑奇跡，包括北京奧體主會(huì)場、國家游泳中心、北京首都國際機(jī)場、上海世界中心、國家大劇院、中央電視臺(tái)、上海崇明東灘生態(tài)城、當(dāng)代MOMA、長城腳下的公社、東海大橋(上海)。 其中地處北京的建筑就有七家之多�！爸袊�正逐步成為當(dāng)今有創(chuàng)意性建筑和工程設(shè)計(jì)的舞臺(tái)�！敝袊�建筑事業(yè)的發(fā)展,正在為今日最建筑及工藝技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)舞臺(tái)。報(bào)道首先分析了中國新建筑崛起的經(jīng)濟(jì)原因和外部環(huán)境。文章說，當(dāng)全球矚目北京2008年時(shí)，不單是世界上最快以及實(shí)力的運(yùn)動(dòng)員們正在為爭取榮譽(yù)而加緊努力,，新一代的創(chuàng)新建筑也正在北京的土地上拔地而起。 由于蒸蒸日上的經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大支持，世界上的航空港、有節(jié)能環(huán)保的建筑及世界上的室外觀光臺(tái)等將很快一一落戶中國。文章列舉評(píng)選結(jié)果說，2008年以前完工的國家游泳中心(水立方)、國家體育場(鳥巢)、國家大劇院等中國公眾十分熟悉的知名場館更理所當(dāng)然地進(jìn)入了“”之列。 從對(duì)它們的評(píng)價(jià)與介紹中可以看到評(píng)選者對(duì)追求環(huán)保、自然的推崇。比如被稱為“水立方”的國家游泳中心，是節(jié)能環(huán)保型的建筑。游泳池內(nèi)的水將由太陽能加熱，泳池的雙重過濾裝置可實(shí)現(xiàn)水的再利用，就連多余的雨水也將被收集和儲(chǔ)存在地下的水池中。 復(fù)雜的工程系統(tǒng)和彎曲的鋼結(jié)構(gòu)使得外部結(jié)構(gòu)像一個(gè)泡沫，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得“水立方”幾乎經(jīng)得起任何地震的襲擊。文章介紹“鳥巢”時(shí)寫道，為讓北京主會(huì)場這個(gè)有著91000個(gè)座位的、可能是至今的環(huán)保型體育場獲得自然通風(fēng)，建筑師從自然中獲得了靈感，了一個(gè)未完全密封，但同樣能為觀眾和運(yùn)動(dòng)員遮風(fēng)擋雨的外殼。 體育場的外觀猶如一個(gè)由枝條編織而成的鳥巢；而其內(nèi)部，從休息室到飯店，每一個(gè)分開的空間都是一個(gè)獨(dú)立的單元，從而使自然空氣的流通成為可能。文章指出，作為全國流行色彩的城市，北京吸引了很多知名建筑大師成就事業(yè)。入選的北京“長城腳下的公社”，是由12名亞洲杰出建筑師設(shè)計(jì)建造的當(dāng)代建筑藝術(shù)作品。 北京“當(dāng)代MOMA”的設(shè)計(jì)表明了環(huán)保創(chuàng)新技術(shù)在住宅中應(yīng)用和它所代表的建筑發(fā)展新趨勢，堪稱大型可持續(xù)發(fā)展住宅建筑的典范。它采用世界上的地源熱泵系統(tǒng)，將用來幫助這個(gè)由第20層的咖啡館、干洗店等系列服務(wù)設(shè)施連接起來的8幢建筑組成的小區(qū)，采用最為節(jié)能的方式保持恒濕恒溫，這是這座建筑的一大亮點(diǎn)。住宅單元還有一大亮點(diǎn)，就是可再利用廢水，將廚房和洗臉盆的廢水過濾，衛(wèi)生間循環(huán)利用。（一）、前言為了迎接新世紀(jì)的來臨，人們?cè)噲D采用各種方式表示慶賀，建造一座建筑物不但以其形體引人注目，而且將作為標(biāo)志性建筑而長久地存在。在全世界眾多的紀(jì)念性建筑中，英國所建造的千年穹頂（Millennium Dome）尤為突出。當(dāng)2000年子夜的鐘聲敲響時(shí),在倫敦泰晤士河畔五彩繽紛焰火的照耀下，千年穹頂以它銀白色的圓頂迎接新的年。這座直徑 320m、以 12根高山100m的桅桿所支承的圓球形屋頂采用了張力膜結(jié)構(gòu)。正是這座穹頂集中體現(xiàn)了20世紀(jì)建筑技術(shù)的精華，用它來迎接新世紀(jì)，的確是再恰當(dāng)不過了。 雖然人們喜歡從最廣泛的意義出發(fā)，把鐵木構(gòu)架和帆布建成的大棚,甚至以枝條和獸皮搭成的帳篷都納入膜結(jié)構(gòu)的范圍,但從嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)受力的定義來說,膜結(jié)構(gòu)始于1970年日本大阪博覽會(huì)上一座氣承式膜結(jié)構(gòu)的美國館。當(dāng)初這不過是臨時(shí)性的展覽建筑，但30年來膜結(jié)構(gòu)卻經(jīng)歷了巨大的變化。從膜結(jié)構(gòu)的跨度來看，近似橢圓形的美國館，兩個(gè)方向的跨度針別為 140m和 83.5m。 以后東京后樂園的氣承式膜結(jié)構(gòu)，跨度達(dá)201m。而美國亞特蘭大的佐治亞穹頂，以橢圓形的屋頂覆蓋了 240mxl92m的索膜結(jié)構(gòu)。從當(dāng)前的技術(shù)和材料條件看，完全有可能用膜結(jié)構(gòu)來修建 1000m的大跨度建筑。從所覆蓋的面積來看，1981年沙特阿拉伯吉大機(jī)場候機(jī)大廳的傘形懸掛膜結(jié)構(gòu)的占地42萬m2，已令人嘆為觀止。而如今在沙特阿拉伯的米拿，為了庇護(hù)來往的朝圣者，正在分三期建設(shè)與吉大機(jī)場類似的膜結(jié)構(gòu)，總面積在100萬m2以上，堪稱 帳篷之城。膜結(jié)構(gòu)作為一種現(xiàn)代化的工程結(jié)構(gòu)，顯示了當(dāng)今建筑技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展水平，也具有巨大的發(fā)展?jié)摿�，在新的世紀(jì)中，膜結(jié)構(gòu)必將在建筑結(jié)構(gòu)中占有重要的地位。（二）、不定的形狀與形狀的確定膜結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)之一就是它形狀的多樣性，曲面存在著無限的可能性。對(duì)于氣承式空氣膜結(jié)構(gòu)來說，充氣之后的曲面主要是圓球面或圓柱面，可能沒有太多的選擇余地。而對(duì)于以索或骨架支承的膜結(jié)構(gòu)，其曲面就可以隨著建筑師的想象力而任意變化。膜結(jié)構(gòu)形狀的千變?nèi)f化突出地表現(xiàn)在歷年各國舉行的博覽會(huì)上。在這些博覽會(huì)上，大大小小的展覽館，無不以新穎奇特的造型來吸引觀眾，而膜結(jié)構(gòu)就能用來達(dá)到這樣的目的。例如1985年在日本茨城縣舉行的國際科學(xué)技術(shù)博覽會(huì)，入口就是以五顏六色的膜材構(gòu)成的拱形大門。 在眾多的展覽館中膜結(jié)構(gòu)尤為奪目，像火鳥館以鋼梁與索組成的骨架支承扁平的凹凸屋面。美國館以高聳的桅桿懸掛銀白色的屋面。電力館以中央塔架懸吊25個(gè)尖頂帳篷，夜晚通過燈光的反射宛如燃燒的火焰。其他象在候車亭、電話亭、走廊、廁所上也都出現(xiàn)了用膜材構(gòu)成形式各異的建筑小品，蔚為大觀。 就形狀而言，對(duì)建筑師說來是至關(guān)重要的。采用一般結(jié)構(gòu)的建筑物，其形狀往往是先由建筑師確定。膜結(jié)構(gòu)則不同，首先它的變形比一般結(jié)構(gòu)要大一些，其次它的形狀是在施工過程中逐步形成的，有一個(gè)形狀確定的問題，需要結(jié)構(gòu)工程師的參與。 要確定在初始荷載下結(jié)構(gòu)的初始形狀，即結(jié)構(gòu)體系在膜自重（有時(shí)還有索）與預(yù)應(yīng)力作用下的平衡位置。在初步設(shè)計(jì)階段，先按建筑要求設(shè)定大致的幾何外形，然后對(duì)膜面施加預(yù)應(yīng)力使之承受張力，其形狀也相應(yīng)改變，經(jīng)過不斷調(diào)整預(yù)應(yīng)力，就可得到理想的幾何外形和應(yīng)力分布狀態(tài)。

　　膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)編輯一、膜結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。 二、膜結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)和等級(jí)、使用年限、使用功能、結(jié)構(gòu)跨度、防火要求、地區(qū)自然條件及膜材的耐用年限等要求進(jìn)行膜材選用。 三、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)荷載、支承條件、制作加工、施工工況及其它特殊條件進(jìn)行。 四、膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)、配件設(shè)計(jì)、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 五、對(duì)膜結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)、荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)，應(yīng)在考慮施工過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)。 六、膜材只能承受拉力，不能承受壓力和彎矩。 七、膜面的主應(yīng)力應(yīng)小于膜材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，在荷載長期作用下，最小主應(yīng)力應(yīng)大于等于維持其初始平衡形狀的應(yīng)力值。 八、膜結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變、老化。 九、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮使用階段膜材替換對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。 十、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮膜材破壞時(shí)，支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)保持自身的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。膜材分類編輯膜材分類目前建筑膜材廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是日本JISA-93所規(guī)定的A、B、C三類，是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來劃分的。A類A類，以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成；B類B類次之，以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成；C類C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸）織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分，有聚四（PTFE）、聚偏（PVDF）、聚（PVF）、聚（PVC）、聚氨酯（PU）、橡膠等。PTFE建筑膜材PTFE膜材是在超細(xì)玻璃纖維織物上涂以聚四樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優(yōu)良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建筑膜材中的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。一些公司共同開發(fā)性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆，使性的PTFE膜正式誕生。此后性膜結(jié)構(gòu)正式在美國風(fēng)行，許多學(xué)者對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結(jié)果表明，這種膜材的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學(xué)物質(zhì)微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強(qiáng)大生命力和廣闊的市場前景。 目前國外對(duì)這種膜材的開發(fā)和應(yīng)用比較成熟，生產(chǎn)廠家也很多。玻纖PVC建筑膜材這種膜材開發(fā)和應(yīng)用得比較早，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點(diǎn)上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會(huì)太厚，達(dá)到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，涂層時(shí)常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑，淺色透明產(chǎn)品宜加一定量的紫外吸收劑，深色產(chǎn)品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對(duì)PVC的表面處理還有很多方法，可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧，用云母或石英來防止表面發(fā)粘和沾污。玻纖有機(jī)硅樹脂建筑膜材有機(jī)硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點(diǎn)，該膜材具有高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，另外還具有良好的透光性。Vestar膜材就采用這種樹脂對(duì)玻璃纖維布涂覆而制成的，目前這種膜材應(yīng)用的不多，生產(chǎn)廠家也較少。