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，同時給建筑設(shè)計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)建筑體系無法實現(xiàn)的設(shè)計方案。

　�、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)大跨的特點設(shè)計和組織結(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。

　�、餐腹庑裕和腹庑允乾F(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，這對于建筑節(jié)能十分重要。對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百分點，膜屋面對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。 大阪萬國博覽會中的美國館采用了氣承式空氣 膜結(jié)構(gòu)。這個擬橢圓形、軸線尺寸為 140m×83.5m的展覽館是世界上個大跨度的 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)，大阪萬國博覽會的展覽館標(biāo)志著 膜結(jié)構(gòu)時代的開始。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)。 近一段時間來，國外媒體表現(xiàn)出了對中國建筑設(shè)計前所未有的關(guān)注。2005年12月23日的美國《》評選出了中國新建筑奇跡，包括北京奧體主會場、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、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。“中國正逐步成為當(dāng)今有創(chuàng)意性建筑和工程設(shè)計的舞臺。”中國建筑事業(yè)的發(fā)展,正在為今日最建筑及工藝技術(shù)創(chuàng)造一個舞臺。報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，不單是世界上最快以及實力的運(yùn)動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等將很快一一落戶中國。文章列舉評選結(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。 從對它們的評價與介紹中可以看到評選者對追求環(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現(xiàn)水的再利用，就連多余的雨水也將被收集和儲存在地下的水池中。 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)像一個泡沫，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得“水立方”幾乎經(jīng)得起任何地震的襲擊。文章介紹“鳥巢”時寫道，為讓北京主會場這個有著91000個座位的、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，了一個未完全密封，但同樣能為觀眾和運(yùn)動員遮風(fēng)擋雨的外殼。 體育場的外觀猶如一個由枝條編織而成的鳥巢；而其內(nèi)部，從休息室到飯店，每一個分開的空間都是一個獨(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)計建造的當(dāng)代建筑藝術(shù)作品。 北京“當(dāng)代MOMA”的設(shè)計表明了環(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。住宅單元還有一大亮點，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，人們試圖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,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年日本大阪博覽會上一座氣承式膜結(jié)構(gòu)的美國館。當(dāng)初這不過是臨時性的展覽建筑，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)的突出特點之一就是它形狀的多樣性，曲面存在著無限的可能性。對于氣承式空氣膜結(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上。在這些博覽會上，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，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（有時還有索）與預(yù)應(yīng)力作用下的平衡位置。在初步設(shè)計階段，先按建筑要求設(shè)定大致的幾何外形，然后對膜面施加預(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)。

　　玻纖合成橡膠建筑膜材合成橡膠（如丁腈橡膠，氯丁橡膠）韌性好，對陽光、臭氧、熱老化穩(wěn)定，具有突出的耐磨損性、耐化學(xué)性和阻燃性，可達(dá)到半透明狀態(tài)，但由于容易發(fā)黃，故一般用于深色涂層。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，目前國外的生產(chǎn)廠家也不多。ETFE建筑膜材由ETFE（-四共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性，而且機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好。近年來，ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢和市場前景。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”，質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，熔融溫度高達(dá)200℃；可有效的利用自然光，節(jié)約能源；良好的聲學(xué)性能。自清潔功能使表面不易沾污，且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物，清潔周期大約為5年。另外，ETFE膜可在現(xiàn)成預(yù)制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣，維護(hù)費(fèi)用高等，但是隨著大型體育館、游客場所、候機(jī)大廳等的建設(shè)，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。目前生產(chǎn)這種膜材的公司很少，只有少數(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發(fā)和應(yīng)用在國外發(fā)達(dá)國家也不過十幾年的歷史。包括內(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；這是一個反復(fù)修正的過程。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)對地震力有良好的適應(yīng)性，而對風(fēng)的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計通常采用安全系數(shù)法。3，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定，及對支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當(dāng)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法與膜結(jié)構(gòu)不同時，應(yīng)注意不同設(shè)計方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。4，連接設(shè)計：包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。5，剪裁設(shè)計：這一過程應(yīng)具備必要的試驗數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補(bǔ)償值（應(yīng)通過雙軸拉伸試驗確定）。膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問題有：1，預(yù)張力的大小及張拉方式；2，根據(jù)控制荷載來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)點的設(shè)計，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)計階段所要考慮的要點有：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，簡化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點，降低現(xiàn)場施工量。膜結(jié)構(gòu)研究的主要問題有：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。發(fā)展方向膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)展起來的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。自從1970年代以來， 膜結(jié)構(gòu)在國外已逐漸應(yīng)用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務(wù)設(shè)施等大跨度建筑中。 膜結(jié)構(gòu)已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計選型中的一個主要方案。成為化纖紡織品應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。