膜结构的节点和相关结构设计
武岳胥传喜
（哈尔滨工业大学）（RIGHT TECH(S) PTE LTD）
提要: 介绍了膜结构节点设计的一般原则，给出了一些典型的节点连接做法，并介绍了膜结构中常见支承结构和基础结构的形式，着重阐述了桅杆和锚碇系统的设计要点。
关键词：张拉结构节点支承结构锚碇系统
Connection Detailing, Mast and Anchor
Design for Tensile Membrane Structure
Wu Yue Xu Chuanxi
（Harbin Institute of Technology）（RIGHT TECH(S) PTE LTD）
Abstract Connection detailing and calculation is the substantial part of membrane design. In this paper, some principles of detailing were discussed, and some typical details were introduced. Moreover, this paper also introduces some principles for supporting structures and foundation design with a focus on the design methodology of mast and tension anchors.
Key words tensile structure, connection, supporting structure, tension anchor
在膜结构系统中，除了膜和索构件以外，还有支承结构（如桅杆、框架等）和基础结构（包括锚碇系统）。这些结构元素通过节点的有效连接，共同维持整个系统的平衡与稳定。节点的构造设计是膜结构设计中的一个重要环节。节点设计是否得当，不仅关系到加工制造难易和施工安装能否顺利进行（例如节点的调节量不足就可能会导致结构局部安装不到位或出现较多褶皱）、影响节点的耐久性和美观程度，还关系到结构的整体性和可靠度。从国内外已发生的一些膜结构破坏工程实例来看，节点构造措施不当导致膜材撕裂，是引发工程事故的主要原因之一。
1. 节点设计的一般原则
膜结构节点具有传递荷载、将结构构件连成整体和提供初始预张力施加点等作用；在进行节点设计时，应综合考虑结构、构造、施工张拉等方面的要求，既要遵循普通钢结构节点设计的一般原则，又要考虑到结构形式和所用材料的具体特点。节点设计要遵循以下一般原则：
（1）结构强度要求
节点连接件本身应具有足够的强度、刚度和稳定性，以保证其在各种工况下均能可靠地传递荷载，不先于主体材料和构件破坏。
（2）对结构大变形的适应能力
膜结构在风荷载作用下易产生较大的变形和振动，节点和连接应具有一定的灵活性和自由度，以释放由于大变形所引发的附加应力作用。
（3）避免膜材出现应力集中
膜材很薄，对缺陷比较敏感，节点设计应避免在膜材与刚性构件的连接部位出现应力集中。在连接处的钢构件不得有尖点或锐角；在接触面处应设置膜衬垫；必要时还应对节点附近的膜材进行局部加强。
（4）对节点的防水防腐处理
膜结构的节点部件多暴露于自然环境下，易出现锈蚀；节点生锈不但会降低节点自身的强度，锈水的流淌还会对膜面造成二次污染。因此，节点连接件的材料宜选用不锈钢或铝材，对钢构件必须做镀锌或涂装处理。此外，膜节点还应具有良好的防水性能，必要时可在节点上面增加一层覆盖膜或采用铝合金盖板防水。
（5）施工张拉要求
节点设计应充分考虑初始预张力的施加方式和具体施力点的位置等因素，保证施力点处的节点具有较高的强度、刚度且便于施力机具的操作。节点设计还应考虑结构安装偏差与二次张拉的可能性，留有调节余量。
（6）结构逻辑性和艺术表现力
膜结构的节点应力求简捷、轻巧，能够充分展示结构内在的逻辑性和艺术表现力。节点构造应能清楚表达结构中的传力路线，并且符合结构计算假定。当有多个构件连接于同一节点时，应保证各构件的内力汇交于一点，以避免引入不必要的弯曲或扭转应力。应注意节点的观感效果，在膜与刚性边界或节点连接处应尽量采用圆弧过渡，以避免应力集中并在视觉上给人以柔和的感觉。
2. 典型节点连接构造
2.1 膜与膜的连接
膜结构的空间曲面是由许多平面膜材经裁剪设计拼接而成，由于膜材幅宽较小，因此膜片间需通过接缝连接形成整体。膜材接缝的连接方式主要有：缝合连接、机械连接（夹板螺栓连接）、粘合连接、热合连接和束带连接等，如图1至图4所示[1]。
图1 缝合连接图2 机械连接（夹板螺栓连接）
图3 粘合连接或热合连接图4 束带连接
缝合连接是用缝纫机将膜片缝在一起。这是一种传统的织物连接方式，主要在工厂内制作完成；其特点是比较经济，且质量容易得到控制。但是由于缝合连接的强度较低，因此一般应用于不能采用其他连接方式（如棉织物或氟塑料织物等），或膜内应力较小以及非受力构造连接处。在结构的排水区要慎用缝合连接。
机械连接又称螺栓连接简称夹接，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。它是一种现场连接方式，一般适用于结构规模较大，需将膜材分成几个部分在现场拼接的情况。
粘结连接是通过粘合剂将膜片粘合在一起。这种连接方式的耐久性较差，一般用于强度要求不高、现场临时修补或无法采用其它连接方式的地方。
热合连接在构造形式上与粘合连接相似，它是将膜材迭合部分的涂层加热融合，并对其施加一定的压力，使两片膜材牢固地连接在一起。热合连接可在工厂完成，也可以在现场完成，其连接强度几乎可达到母材强度，是一种较为安全有效的膜材连接方式。我国即将颁布的《膜结构技术规程》即规定“膜材之间的主要受力缝宜采用热合连接”。
束带连接利用束带穿过膜边的环圈从而将两片膜连在一起。束带连接便于调整形状、可根据情况分步增减拉应力；缺点是扎紧和放松束带将消耗大量的人工。为了保护束带节点免受气候的影响，通常在其上面增加一层覆盖膜。覆盖膜片较高的一侧在工厂内缝合或热合，较低的一侧可在现场粘合。
2.2 膜与索的连接
在进行膜－索节点设计时需要注意的问题是，由于索与膜之间的材料差异，应使两者之间留有一定的空隙，以适应在荷载作用下膜与索之间可能产生的相对滑动。
膜与索的连接有单边连接（如边索）和双边连接（如脊索和谷索）。常用的单边连接方法是将钢索穿入膜材热合的索套中（如图5所示），或采用铝合金或不锈钢夹板和螺栓来连接膜材与钢索，如图6所示。图7给出了一种膜与谷索的双边连接构造。双边连接通常需要在其上面增加一层防水用的覆盖膜。
图5 索套连接
图6 螺栓连接
图7 膜与谷索连接
当膜面跨度在15米以上且无中间支承时，为减小膜面应力，可以利用索或合成纤维带对膜面进行局部构造加强。加强索可以缝进膜面内或设在膜面外，如图8及图9、图10所示。当加强索位于膜面外侧时，应注意防止索自身的腐蚀以及由于摩擦造成的膜面表皮损伤。
图8 加强索穿进膜面内
图9 加强索在膜面外（索在上）图10 加强索在膜面外（索在下）
2.3 索与索的连接
双向钢索交叉节点可采用节点板连接，也可采用U形夹或夹板等夹具连接，如图11所示。为了保证夹紧钢索，可采用低碳钢或高强螺栓。需要注意的是，在无应力状态下被夹紧的索受拉后，其直径会减小，从而使夹持力降低，对此可通过二次旋紧螺栓来调整。
(a) 节点板连接 (b) U形夹连接 (c) 夹板连接
图11 双向钢索的连接
多向钢索之间可采用连接板连接，如图12所示。此时应注意各钢索轴线要汇交于一点，以避免连接板偏心受力。在进行连接板设计时，应尽可能采用曲线造型，以展现膜结构的柔和与灵动之美。
图13所示的节点是体育场看台挑篷结构中内环索与脊索和谷索之间的一种连接做法。这种节点的受力很大，且直接关系到挑篷结构的整体稳定性，设计时要特别小心。
图12 多向钢索的连接图13 体育场内环索与径向索的连接
2.4 膜与支承构件的连接
膜材与边缘支承构件的连接通常有夹板连接、绳轨连接及束带连接。夹板连接（图14）是利用刚性夹板将膜边绳直接固定在刚性边界上。其做法较为简单，一般要求夹具应连续、可靠地夹住膜材边缘，夹具与膜材之间应设置衬垫；当刚性边缘构件有棱角时，应先倒角，使膜材光滑过渡。绳轨连接（图15）是先将膜边绳穿在铝合金制成的滑槽--绳轨(rope track)内，再通过拉力螺栓将绳轨与刚性边界相连。通过调紧拉力螺栓来调整预张力，以满足施工张拉和二次张拉的要求。张拉完成后可将较长的拉力螺栓剪短。膜与支承构件的束带连接构造和膜与索的束带连接构造相似，可通过调紧束带来张拉膜面。
图14 膜与支承构件夹板连接图15 膜与支承构件绳轨连接
图16 膜与支承构件束带连接
2.5 索与支承构件及基础的连接
索可通过索端头锚具与直接焊接于钢构件上的耳板相连（如图17所示）；对于混凝土或其他材料的支承构件，可先预埋节点板再连接，或通过钢套箍连接（如图18所示）；基础锚固点处的索端部节点宜考虑采用可调的端头构造形式（如图19所示），以方便预张力的施加和二次张拉。
图17 索与支承构件耳板连接
图18 索与支承构件套箍连接
图19 索与基础的连接
文献[2]、[3]详细地介绍了一些构造实例。国内近年来出版的膜结构著作[4]-[6]对节点连接构造也都作了较为系统的介绍，可供参考。
3. 支承结构设计
支承结构在膜结构的设计中占有举足轻重的地位。支承结构的作用可概括为以下三个方面：①为膜结构提供一系列高低错落的支承点（边界）或悬吊点，以维持膜结构曲面的稳定；②将膜面内拉力转化为压力传至地基基础；③支承结构的刚劲挺拔与膜的灵动飘逸间形成鲜明对比，增强建筑整体表现力。
3.1支承结构的主要形式
根据支承位置的不同，支承结构可分为边缘支承和内部支承两大类。
边缘支承的形式主要有以钢等刚性构件支承以及索等柔性构件支撑两种，如图20及图21所示。
图20 边缘刚性构件支承图21边缘柔性构件支承
内部支承的形式主要有：利用钢索将膜内高点悬吊于外部刚性结构上；在结构内部通过桅杆支承；利用飞柱顶升。图22至图25为部分内部支承实例。；若内部利用拱形圆钢管张为膜的支承，则形成骨架支承式膜结构，图26 为一骨架支承式膜结构实例。
图22 悬吊支承图23 悬吊支承（膜内有刚性构件）
图24 桅杆支承图25 飞柱支承图26 骨架支承式膜结构
3.2 支承结构的体系布置与构件设计
膜结构支承体系的选择与布置取决于膜面的形状和结构尺度。支承体系的布置应满足稳定性要求，并尽可能做到自平衡和自适应。自平衡是指支承体系能最大限度地平衡膜面内的张力，以减小张力对基础结构的影响；自适应是指支承体系能较好地适应膜结构大变形的特点，有一定的自由度和调节余量。
支承结构的内力分析宜考虑与膜面张力的共同作用。结构体系及构件的稳定分析与截面设计按现行钢结构设计规范进行。对于刚性边界膜结构（参见图20），要特别注意对构件刚度的控制，以免因边界支承构件的变形而导致膜面无法张拉到位造成膜面松弛。
3.3 桅杆结构设计
桅杆是膜结构支承体系中最为常见的结构形式。桅杆结构设计主要包括三部分：柱身设计、柱头设计和柱脚设计。其中，柱身设计与普通的钢结构柱设计基本相同，以下主要介绍柱头和柱脚的设计。
(1)柱头设计
桅杆顶部与膜连接处的节点可做成浮动式或固定式，如图27及图28 所示。浮动式节点的浮动环在不平衡力作用下会发生左右摆动，使桅杆两侧的荷载作用趋于平衡，从而降低了桅杆顶部的水平位移，并可避免此处膜面出现褶皱。当桅杆承受的非对称荷载较大时，宜采用浮动式节点。
拉索与桅杆顶部可通过索端连接件与桅杆顶部的钢板相连接。膜往往通过螺栓或卡具锚固在顶部圆环或圆钢板上。此部位的膜面积急剧减小同时荷载又很大，应采用加强层对顶部的膜进行加强。在桅杆顶部通常设有金属帽，兼具防水和美观功能。伞形膜结构可采用顶升伞帽的方式来施加预张力，此时的柱顶应设计为可调节式节点，如图29所示。
图27 桅杆顶部浮动（悬挂）节点图28 桅杆顶部固定节点构造
图29 桅杆顶部可调节式节点的几种做法
(2) 柱脚设计
桅杆柱脚可设计成双向及三向铰接节点（图30）或刚接节点（图31）。当柱顶的不平衡水平荷载较大时，宜采用铰接连接，以避免因弯矩的作用而使桅杆截面过大，且可以通过桅杆顶部的微小摆动来调整膜面的内力分布，避免出现局部应力过大或出现局部褶皱。需要注意的是，当采用铰接节点时，应采取必要的措施对桅杆进行拉结，避免万一膜材破损导致桅杆倒塌。
图 30 柱脚双向及三向铰接节点实例图 31 柱脚刚接节点实例
4. 基础设计
4.1 膜结构基础的受力情况
膜结构的基础可分为桅杆下部的支承基础和拉索锚碇基础两种形式，其作用主要是承担由预张力引起的结构内部非自平衡力，而结构自重在其中仅占很小的一部分。膜结构对基础的作用有拉力、压力、剪力和弯矩等形式，并有以下4种可能的组合：
（1）只受向下的轴力，例如铰接垂直桅杆基础，如图32a所示；
（2）受向下的轴力和水平剪力，例如铰接斜桅杆基础，如图32b所示；
（3）受向下的轴力、水平剪力和弯矩，例如刚接柱基础，如图32c所示；
（4）受向上拉力和水平剪力，例如拉索锚碇基础，如图32d所示。
其中，(1)～(3)种情况与普通的柱下独立基础类似，不再赘述。第（4）种情况，即抗拔基础或拉索锚碇基础，是张拉结构中所特有的一类基础形式，本文将对此作较为详细的介绍。
P N
P Q
N V M P
V
N
(a) 压力 (b) 压力＋剪力 (c) 压力＋剪力＋弯矩 (d) 拉力＋剪力
图32 膜结构基础受力情况
4.2 抗拔基础设计
可用于张拉式索膜结构的落地抗拔基础形式主要有：（1）重力式锚碇(Gravity Anchors)； （2）岩石或土中的锚杆(Ground Anchors)； （3）锚板, 包括螺旋锚 （Anchor Plates and Helix Anchors ）；（4）抗拔桩（Tension Piles ），参见图33。
(a) 重力基础 (b) 锚杆基础 (c) 锚板基础 (d) 抗拔桩基础
图33膜结构抗拔基础类型
（1）重力式锚碇
重力式锚碇利用基础重量来抵抗竖向拉力，利用锚块侧面的被动土压力来抵抗水平拉力。这是最常用的一种抗拔基础形式。
（2）锚杆锚固
锚杆主要应用于边坡加固、挡土墙与基坑支护等工程中，在张拉膜结构中的应用还比较少。与重力锚固相比，锚杆的土方开挖量小，因而比较经济；此外，当采用预应力锚杆时，其基础变形也要比重力锚固和锚板锚固小得多。
锚杆一般由锚头、自由段和锚固段三部分组成（如图34所示）。锚头与地表的锚固台座相连，用于固定锚杆预应力筋。自由段一般为钢筋或预应力钢绞线，其作用是传递荷载。对于土层锚杆，其自由段长度不宜小于 5.0m ，以保证锚固段埋入足够深度，避免滑移破坏。锚固段是用水泥浆或水泥砂浆将杆体（预应力筋）与土（岩）体粘结在一起，通过侧摩阻力来抵抗拉力。
在进行锚杆设计时，需要考虑的问题有：场地土（或岩石）特性；锚杆以及锚固体的长度；锚杆和土体的蠕变；可能存在的预应力损失；锚杆的防腐处理等。有关这方面的详细内容可参考《土层锚杆设计与施工规范》CECS 22:89。
图34锚杆构造示意图
（3）锚板锚固
锚板类型的锚固基础主要有锚板和螺旋锚2种，如图35所示。
锚板的一般构造为：钢筋混凝土预制的刚性板（一般为正方形），与拉杆相连，拉力荷载作用在拉杆上，由锚板上方和前方的土体的自重和剪切阻力提供上拔阻力。按锚板在极限上拔荷载作用下土体的破坏形
锚片直径D
（4
中前者是主要的，也是承载力计算的关键。模型试验和现场实测结果表明，在相同条件下，抗拔桩的极限侧摩阻力要小于抗压桩的侧摩阻力，其比值一般在0.5~1.0之间。造成这一现象的主要原因在于，桩体泊松比效应（桩体在拉力作用下趋向收缩），土体应力场应力水平的变化（拉力减小了土体应力水平，间接影响了水平有效应力），桩周土体单元主应力轴旋转，以及因为作用荷载方向与桩基贯入方向相反造成侧摩阻力减损等。
在实际工程设计中，一般采用对抗压桩的侧摩阻力乘折减系数的方法来计算抗拔桩的侧摩阻力。无粘性土中的折减系数小些，粘性土中的折减系数大一些；桩长径比越大，折减系数越大。《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）用一个抗拔系数λ表示折减系数，对粘性土、粉土，λ=0.7~0.8；对砂土，λ=0.5~0.7；当长径比L/d<20时，λ取小值。
此外还应注意，在计算群桩的总抗拔力时应取下面两者的较小值：（a）单桩抗拔力×群桩根数；（b）将群桩作为整体求得的抗拔力。有关这方面的更详细内容可参考文献[8]。
以上简要介绍了四种常用的抗拔基础形式，在实际设计中应根据各自的工作特点，并综合考虑场地情况、施工条件以及基础受力情况等因素合理选用。从工作机理上来看，锚板是依靠土体自重和土体内部的摩擦阻力来提供抗拔承载力，属于柔性抗拔结构，位移较大；而锚杆和抗拔桩是利用侧摩阻力来提供抗拔承载力，其位移要比锚板小得多。在施工方式上，锚板和重力锚固基础需要比较大的土方开挖，但其施工质量较易得到保证；而锚杆和抗拔桩的土方开挖量较小，但对施工机械的要求较高。总体上讲，当上拔荷载较小时，采用重力锚固和锚板是比较经济的；当上拔荷载较大时，采用锚杆和抗拔桩则更为合理。
4.3补充说明
（1）抗拔基础设计注意事项
a.基础宜埋置在地下水位以上，在可能浸水时，还应考虑地下水引起的浮力作用。
b.应预测在长期拔力荷载作用下的基础徐变变形，并确认不会发生徐变破坏。
c.在寒冷地区，基础埋深应在地基冻土深度以下。
d.对于钢制锚固基础，应进行防腐处理。
e.
结构物作用在锚固基础上的力应为单纯的拉力，并能顺利传给基础。 f. 锚碇的容许抗拔力应根据建设场地抗拔试验的结果确定。应考虑土壤条件的变化和离散性引起的
强度降低，传到锚碇上的膜张力的离散性、施工误差、使用期限及荷载条件等因素。
（2）抗拔基础的徐变
如前所述，抗拔基础的徐变将导致锚固点产生位移，从而引起膜面应力松弛甚至危及结构的稳定，因此在设计时必须予以足够的重视。研究表明，抗拔基础在长期拉力作用下的典型位移时程曲线如图36所示。图中的1Q ，2Q ，3Q 分别代表不同的荷载水平。当上拔力小于破坏荷载u Q 的1/3时（1Q 状态下），基础变形将在一段时间后停止；当上拔力超过破坏荷载u Q 的0.7倍后（3Q 状态下），经过一段时间后变形迅速增加直至徐变破坏；当上拔力介于1Q 和3Q 之间时（2Q 状态下），变形速度随时间的增加趋于变缓。通常在进行基础设计时，取安全系数为 2.5~3.5，此时对应1Q 状态。对于2Q 状态，需要通过现场试验的方法，来确定建筑物在使用期限内的徐变变形不大于容许变形，且不妨碍建筑物的正常使用。
时间 t 变形 δ
图36 抗拔基础的徐变曲线
5. 结语
节点的构造设计与连接计算是膜结构设计中的重要环节。本文介绍了膜结构节点设计的一般原则，给出了一些典型的节点连接做法。同样，作为膜结构系统的重要组成部分，支承结构和基础结构的设计也不容忽视。文章的后半部分介绍了膜结构中一些常见的支承结构和基础结构形式，重点阐述了与桅杆和锚碇系统设计相关的知识。
参考文献
[1] J. Llorens & N. Rodriguez, Textile Construction & Tensile Structures Joints, Connections, Fittings and Anchors Data Bank, http://www.upc.es/ca1/cat/recerca/tensilestruc/portada.html
[2] H. Schock, Soft Shells: Design and Technology of Tensile Architecture ，Birkh?user, Basel, 1997
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[4] 钱若军、杨联萍. 空间结构系列丛书--张力结构的分析、设计、施工. 东南大学出版社. 2003
[5] 杨庆山，姜忆南. 张拉索－膜结构分析与设计. 科学出版社. 2004
[6] 张其林. 索和膜结构. 同济大学出版社. 2002
[7] 《土层锚杆设计与施工规范》CECS 22-90
[8] 《建筑桩基技术规范》JGJ94-94
膜材料的结构与性能 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
膜材料的结构与其性能之间的关系，是膜研究的重要内容。对于分离膜，其分离性能中的透过率和选择性分别依赖于膜的孔径和材料性质、被分离物的体积和性质以及二者之间的相互作用。根据材料微观和宏观结构，从以下几个层次对分离膜结构与性能之间的关系进行分析。 １.化学组成 化学元素及化学基团是物质组成的基础，决定了物质的基本性质，如氧化还原性、酸碱性、极性、溶解性和物理形态等。化学组成还决定了分离膜材料的化学稳定性，亲水性或亲油性，以及对被分离材料的溶解性等，直接影响膜的透过性、溶胀性、毛细作用等性质。在分子结构中增强极性基团，如羟基、羧基、磺酸基，膜的亲水性会改善；以氧原子、硫原子等引入到聚合物主链中，或将极性较大的基团，如三氟甲基接枝在聚合物主链上，聚合物的柔性会增加，分子量增大，在气体分离膜应用过程中有利于气体的透过。 2.高分子链段 构成高分子分离膜材料的单体和链段的结构，对聚合物的结晶性、溶解性、溶胀性等性质起主要作用，也在一定程度上影响分离膜的力学性能和热学性能。对于均聚物，单体的结构最重要，其次包括聚合度、分子量、分子量分布、分支度、交联度等。对共聚物，链段结构，如嵌段共聚、无规共聚、接枝共聚等因素直接影响分离膜的各种性质，包括立体效应和化学效应的产生。 3.高分子立体构象 聚合物分子的微观结构，多与分子间的作用力相关，如范德华、氢键力、静电力。这直接影响膜制备的粘度、溶解度，也与成膜后的力学性能和选择性密切关系。聚合物分子间作用力的增加则倾向于形成结晶度高的分离膜。 4.聚集态和超分子 聚合物高分子的排列方式和结晶度，以及晶胞的尺寸、膜的孔径和分布等因素，与膜材料的使用范围、透过性能、选择性等密切相关。高分子材料的聚集态结构和超分子结构与分离膜的制备条件和方法以及后处理工艺等更是相互联系。 5.分离膜的形态 目前常见分离膜的形态主要有管状膜、中空纤维膜、平板（平面）膜。管状分离膜便于清洗，适合连续操作和动态研究分析，多用于高浓度料液或污物较多的物料分离，缺点是能耗大，有效分离面积小；中空纤维膜的力学性能强，适合高压场合的分离操作，缺点是容易被污染且难以清洗；平板膜是宏观结构最简单的一种，适用于各种分离形式，制作简单，使用方便，成本低廉，适用性最广泛。
膜结构在中国的应用 80年代末期，我国学者开始关注国际上膜结构的发展;1994年，我国 第一个膜结构专业公司成立，此后，膜结构在我国迅速应用起来;1995年，在北京顺义建成的北京顺义武警招待所游泳馆充气膜结构是目前我国能见到的为数不多的充气膜结构;1997年建造的上海八万人体育场是由64榀径向悬挑桁架和环向次桁架组成的空间结构作为骨架，屋面共有57个由8根拉索和一根立柱覆以膜材组成的伞状单体，膜的覆盖面积2.89万平方米。 虽然上海八万人体育场是由太阳工业集团建造的，但这是我国首次将膜结构大面积应用到永 久建筑上。膜结构在中国的发展随着膜结构的广泛应用，在膜结构工程中膜屋盖和膜体破裂、膜面污迹严重、皱泽褶明显、节点严重锈蚀、粗制滥造现象严重。基于以上背景，2001年，中国钢结构协会空间结构分会与中国建筑科学研究院牵头，组织有关专家编写了膜结构 技术规程。2002年12月，中国钢结构协会空间结构分会膜结构专业委员会成立，至此，我 国的膜结构行业步入规范、有序的管理状态。2004年8月1日《膜结构技术规程》正式颁布 实施。至今，在我国建成的膜结构工程已近200余项，膜结构企业也发展到近百家。新素材 为膜结构添彩膜材的基层基本是由玻璃纤维或聚酯纤维组成，面层大多用聚**乙烯、特**隆、硅铜构成。进入90年代以来，人们把光触媒具有分解有机物的功能应用到膜材料上。据北京太阳鹰技术开发有限公司总经理林果儿介绍，当紫外线照射到二氧化钛光触媒的涂层时，附 着在膜材表面上的有机物将被氧化分解，其具有的超亲水性极易被雨水冲刷，从而发挥出光 触媒涂层膜材料的自洁性能和不易污染的特性。除此外，光触媒涂层的膜材料还能起到净化 发生在膜表面上的有害物质的作用。| 膜结构停车棚是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索共同构成机构体系。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的 著光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜 照亮夜空，建筑物的体型显现出梦幻般的效果。停车场的规划和建设成为现代城市规划的重 要组成部分变的越来越重要。膜结构轻巧、别致的造型在停车场及候车厅的建设中担当了重 要角色除了满足防风雨、防日晒等基本功能外并有较好的标识招揽效果展现了人们个性化的 一面。膜结构车棚特点:车棚材料选用了进口结构建筑材料。车棚骨架，表面处理采用进口 船用底漆，炳烯酸聚氨酯面漆。 1. 耐用:由于高强度的膜材出现，再加上张拉技术的应用， 使膜结构车棚抵御风雨的能力是一般雨蓬之类不可比拟的。有的车棚采用永久性膜材，可使 用三、四十年。特别是遇到剧烈的暴风雨天气，膜结构建筑巍然不动，毫发不损。 2. 艺术性:除了一般雨蓬不可比拟的实用、耐用、遮风挡雨的功能外，膜结构雨蓬更是一座雕塑，一件 艺术品，给人美的视觉享受。其柔美，其曲线，其刚柔并济，其丰富造型，其洁白无瑕，让 人眼前一亮，回味悠长。 3. 经济性:研究表明，长期露天停放的车辆，性能损耗速度比车棚 内停放车辆快一倍。而采用膜结构雨蓬更能真正呵护您的爱车减缓您爱车的老化速度。从经 济角度来说，投入不多却大大延长您座骑的寿命。 4.透光性:透光性能好(透光率20%)。在阳 光下曝晒不会产生黄变、雾化、透光不佳。 5.耐候性:表面有防紫外线的共挤层，可防止太阳 紫外线引起的树脂疲劳变黄。表面共挤层具有化学吸收紫外线并转化为可见光。对植物光合 作用有良好的稳定效果(极适合保护各类车、贵重艺术品及展品，使其不受紫外线破坏)。 6. 抗冲击性:建筑膜才的冲击强度是普通玻璃的250-300倍，是亚克力的板材的20-30倍，是钢 化玻璃的2倍，几乎没有断裂的危险性，有"不破玻璃"和"响钢"之美称。 7.阻燃性:据国家 GB8624-97测试属阻燃B1级，无火滴，无毒气。 8.耐温性:在摄氏族-40.C至+120.C温度范围内不会引起变形等品质劣化。 9.轻便性:重量轻，绝对保证棚下人和物的安全。 10.隔音性:隔 音效果佳。膜结构车棚作用:具有遮阳、挡雨、实用、美观的作用。膜结构车棚适用范围:社
浙江建筑，第２６卷，第１０期，２００９年１０月 ＺｈｅｊｉａｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖ０１．２６，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔ．２００９ 浅谈膜结构在体育场馆建筑设计中的应用 ＯｎｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＤｅｓｉｇｎｏｆＧｙｍｎａｓｉｕｍＢｕｉｌｄｉｎｇ 伍志强 ＷＵＺｈｉ—ｑｉａｎｇ （绵阳职业技术学院建筑工程系，四川绵阳６２１０００） 摘要：膜结构建筑作为一种将先进的建筑技术和建筑艺术完美结合和高度统一的新型建筑形式，在近几十年得到了迅速的发展。随着这种新型结构的发展，建筑语｛ｒ＝和空间形式也更加丰富多样．而更大跨度的屋顶也成为了可能。在此收集、整理了膜结构的多种型式。在梳理ｒ膜材料及膜结构建筑的基本发展背景的基础上，初步探讨了膜结构在体育场馆建筑设计中的应用。 关键词：膜材料；膜结构建筑；体育场馆建筑设计 中图分类号：ＴＵ２４５文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—３７０７（２００９）ｉ０—０００８—０４ １膜材料筹鬈篓喜鬻嚣喜雾：罢茹麓瓷？盖磊萎２０世纪５０年代，随着化学工业中的高分子材料互作用下，膜布会变得硬脆、破裂而失去结构性能，只的合成与改性技术的不断发展，一种新型而具有独特能用于临时性建筑。设计者们认识到，需要一种强度个性，被称为“第五代建材”的建筑材料诞生了，它就更高、耐久性更好、不燃、透光和能自洁的建筑织物，是膜材料。膜材料是用于膜结构中的高强度柔韧性７０年代美国制造商开发的玻璃纤维织物即满足如上薄膜（见图Ｉ），它是一种耐用、高强度的涂层织物，是要求。主要的改进是涂覆的面层采用了聚四氟乙烯在用纤维织成的基布上涂敷树脂或橡胶等而制成，具（ＰＩ＇ＦＥ）。这种材料于１９７３年首次应用于美国加利有质地柔韧、厚度小、重量轻、透光性好的特点。福尼亚拉维恩学院一个学生中心的屋顶上（见图２）。 经过了近３０年的考验，材料还保持着７０％一８０％的 强度，仍然透光并且没有褪色。拉维恩学院膜结构的 使用经验证明，涂覆ＰＴＦＥ面层的玻璃纤维织物不但 有足够的强度承受张力，在使朋功能上也具有很好的 耐久性，完全可以在永久性建筑中使用。 图１膜材料基本构成 膜材料是膜结构工程中最重要的组成部分，作 用与钢筋、混凝土、轻质板材是等同的。自２０世纪 ６０年代起，世界上许多国家开始研究膜材料，到现 在已经有许多种类，常用的建筑膜材包括：ＰＴＦＥ膜 材、ＰＶＣ膜材、加面层的ＰＶＣ膜材等。最初使用的图２拉维恩学院学生中心 收稿日期：２００９—０３—２５ 作者简介：伍志强（１９７４一）。男，四川累江人，讲师，从事建筑Ｔ程教学工作。 万方数据
[膜结构建筑及膜材料的发展] 膜结构建筑,张拉膜,上海摩 随着北京奥运会及上海世博会的顺利落幕，其中的大型膜结构建筑给人们留下了深刻的印象。本文介绍了近年来国内外膜结构材料的发展及其在建筑领域的应用，并对几类主要产品以及不同生产商生产的同类产品进行了性能对比，通过各类产品的优劣性对比，期望能为广大下游用户提供一定的参考。The noticeable mega membrane structures presented in the Beijing 2008 Olympic Games and Shanghai Expo 2010 have undoubtedly attracted lots of attention. Development trajectory of membranes and the application of which in the architectural field were introduced in this paper. Product performances of some major categories manufactured by different producers were compared to finalize the superior ones for the reference of downstream users. 120世纪膜结构建筑和膜结构材料的发展历程1.1国际上膜结构建筑的发展情况一般认为，现代膜结构建筑的出现是从1970年大阪世博会开始的。其标志性建筑是在该届世博会上展出的美国馆，它采用气承式膜结构建筑，外形近视椭圆形，具体尺寸为140 m×83.5 m。该展馆之所以在当时受到瞩目，是因为它是世界上首次出现的现代膜结构建筑，其使用的膜材是玻纤织物涂以聚氯乙烯（PVC）树脂，与后来大量建造的膜结构建筑材料类似。大阪世博会以后，在20世纪最后的 20 年中，膜结构建筑得到了快速发展。当时据专家估计，1970 ― 1996年世界上大约已建造了 150 座大型膜结构建筑，其中美国占有很大的比例。下面是一些具有代表性的膜结构建筑及其所用膜材。1952年沙特阿拉伯建成吉大（Jeddah）机场哈吉（Haj）候机厅，至今它仍是世界上最大的膜结构建筑，总面积达到 42 万m2，全部使用玻纤织物涂以聚四氟乙烯（PTFE）树脂，织物面积超过 50 万m2。大约1995年左右，美国建造了丹佛（Denver）国际机场，采用双层玻纤织物涂以PTFE树脂的膜结构建筑，篷面设计可透过光线，使整个场所都有充足的采光，顶篷由钢制栓柱和缆绳吊住，面积为 2 万m2。1996年美国在亚特兰大建造的乔治亚圆顶体育馆，整个圆顶采用缆绳支持，该建筑首次应用于1996年奥运会会场。 1.2中国膜结构建筑的发展情况中国的膜结构建筑发展相对较晚，1997年在上海建成了容纳 8 万人的上海体育场，这是我国首次将膜结构建筑应用到大型体育场上，其覆盖面积为3.61 万m2，所用的膜材料全部从国外进口，包括玻纤织物涂PTFE树脂的膜材料和一些附属材料，设计、施工也依赖外国公司。据了解，其造价比传统的建筑要高得多，但其对我国膜结构建筑的发展影响甚大。我国第 2 个大型膜结构建筑是青岛颐中体育场，总面积为 3 万m2，所采用的膜材料为涤纶工业丝织造的织物，以PVC进行涂层，其顶面层再覆以聚偏氟乙烯层（PVDF），可容纳 6 万观众。自此以后，膜结构建筑在我国得到了迅速发展，如上海虹口足球场，武汉、郑州、广州等一些城市都纷纷建造了运动场馆，甚至一些中小城市亦相继效仿。除了体育场馆外，如展览馆、会展中心、水上乐园、剧场、飞机场、加油站等亦纷纷采用膜结构建筑。2膜结构材料的分类及其性能特点根据以上介绍，20世纪开发出的膜材基本上都以纺织材料为基材（包括玻璃纤维和涤纶，用以织成织物），表面再加以涂层（或贴合）。主要有两大类，一类是玻璃纤维涂PTFE树脂；另一类是涤纶织物涂PVC树脂，两种膜材的性能优劣如表 1 所示。下面主要对这两种膜材进行详细分析。（1）以玻纤织物为基材，用PTFE（或硅树脂）涂层①产品特点这种膜材是由美国DuPont（杜邦）公司和Dow Corning（道康宁）公司首先开发出来的，其优点是膜材的强度高，力学性能十分优异，同时具有很高的热稳定性和化学惰性，防火、不燃、不受紫外线影响，具有很高的自洁性和耐用性，根据资料，其使用寿命可达 25 ～ 30 年。这种膜材透光性较好，透光率可达 25%，光线柔和，膜材对太阳光的反射率可达 70% 以上，可减少热量的传递，保持膜结构表面和内部不至于因阳光照射而升温过高。在膜结构建
膜结构特点：（相对传统建筑的优势） 用于膜结构中的高强度柔韧薄膜称膜材，它是一种耐久用、高强度的涂层织物，由织物和涂层复合而成，具有质地柔韧、厚度小、重量轻、透光性好的特点。对自然光吸收和透射能力、阻燃，具有良好的耐久、防火、气密等特性；表面经过氟素处理或二氧化钛处理的膜材料抗老化性能好，具有较高的自清洁性能。 建筑造型优美：膜结构建筑是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式。它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。 具有良好的环保性、透光性、自清洁性，膜材表面采用PVDF（聚偏二氟乙烯）涂层、或二氧化钛涂层，具有较好的隔热效果，对太阳热能可反射掉70%，膜材本身吸收了17%，传热13%，而透光率却在20%以上，经过10年的太阳光直接照射，其辉度仍能保留70%。 适合覆盖大跨度空间：膜结构中所使用的膜材料每平方壹公斤左右，由于自重轻，加上钢索、钢结构高强度材料的采用，与受力体系简洁合理——力大部分以轴力传递，故使膜结构适合跨越大空间而形成开阔的无柱大跨度结构体系。 防火性与抗震性：膜结构建筑所采用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高温性，故能很好的满足防火要求。由于结构自重轻，又为柔性结构且有较大变形能力，故抗震性能好。 工期短：膜材裁剪。拼合成型及骨架的钢结构、钢索均在工厂加工制作，现场只需组装，施工简便，故施工周期比传统建筑短。 膜结构优点 >自清洁性-自始至终保持洁白美丽 >透光性-充满自然光的明快空间 >大跨度-无柱空间 >轻量结构-抗灾、救灾威力大 >舒适空间-自由的造型多用途 >积雪对策-膜结构房顶有利于自动滑雪
膜结构工程 施 工 组 织 设 计 编制单位： xxxxxxxxx 编制： 审核： 日期 :
目录 第一章施工方案 第一节 : 编制依据 第二节 : 工程概况 第三节 :施工段及施工区划分 第四节针对该工程的特点和难点分析及解决措施 第五节 :总体施工方案概述 第六节：施工前准备工作 第七节：钢膜结构施工步骤 第八节：钢结构及膜项目施工方法 第二章工程质量 第一节 : 设计控制 第二节 : 文件和资料管理 第三节 : 采购质量控制及物品发放 第四节 :质量控制 第五节：安全生产、文明施工与环境保护 第六节 :雨天施工 第三章施工进度计划 第一节 : 工期计划 第二节 : 施工现场组织机构 第四章其他附表 表一 : 拟投入的主要施工机械设备表 表二 : 劳动力投入计划表 表三 : 施工总平面布置图及临时用地表 表四：施工进度表
第一章施工方案 第一节编制依据： 1、根据业主所提供的膜结构方案图纸； 2、国家标准《建筑施工安全检查评分标准》（JGJ59-99）； 3、建设部标准《建筑工程施工现场供用电安全规范》 （GB50194-93）； 4、建设部标准《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）。 第二节工程概况 本膜结构工程位于株洲市国税局门球场；施工内容：根据业主所提供的膜结构方案图纸进行深化设计并施工。根据工程使用年限，以及设计要求，我公司采用国外进口PTFE 膜材料，正常使用寿 命35 年左右，该材料自洁性好，具有阻燃、抗拉等特点，技术指数 达到本工程要求。 第三节施工段及施工部署 本工程施工地点位于株洲市国税局门球场，施工现场其它设施 已全部完工 ,要严格保护好以完工产品，因此,要划分施工区 ,在项目部
膜结构介绍 一种适合建筑的新材料的出现，必然引建筑结构的革命，如历史上的混凝土和钢材，70年代以来，以欧美为中心发展起来的新型织物膜材，也是如此，用这种优良的织物，辅以柔性或钢性支撑，可绷成一个曲率互反，有一定刚度和张力的结构体系。这种全新的建筑结构形式，集建筑学、结构力学、材料学与精细化工、计算机技术等为一体，具有以下优秀的特点： 1、造型的艺术性。它既能充分发挥建筑师的想象力，又能体现结构构件清晰受力之类。 2、良好的自洁性。膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。 3、施工的快捷性。膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，现场只进行半成品组装，因此施工简便快捷，施工周期短。 4、较好的经济性。由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，因而比较节约能源，降低了长期使用费用，同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。 5、 结构自重轻，非常适合于建造大跨度空间结构。 膜结构的分类 膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构（Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜结构（Frame membrane strcture，Cable dome membrane structure）、组合式膜结构（Compound membrane structure）等几大类。 充气式膜结构张拉式膜结构
骨架式膜结构组合式膜结构 膜 应 用 领 域： ★ 体育设施： 体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等。 ★ 商业设施： 商场、购物中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等。 ★ 文化设施： 展览中心、剧院、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。 ★ 交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。 ★ 工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。 ★ 景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。 与膜结合的结构大约有下述几类: 纯钢拱形结构 采用传统的梁柱系统，屋顶为圆拱式，柱梁间距一般为8m左右。 混凝土结构主体加钢拱 以上两种最简单的膜结构，依平面的形状，如方形、菱形等，可有许多变化，拱的间距依使用的膜材强度、设计荷载、风力等确定。 混凝土主体结构加钢索 脊素为上弯，位于膜布下面，谷索为下弯，位于膜上面。两种钢索的弯向相反张拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的张力，膜布中水平方向的张力直接张拉形成。 混凝土主体结构加钢柱 张拉式帐篷膜结构 大型（跨度在200m以上）气撑式膜结构 用扁钢作的钢索加上膜布，可以做成大跨度的巨型屋顶。这种建筑，结构简单，施工方便，经济效益高，无需维修。但因需常年维持封闭，进出较不便，现己不再新建，但仍不失为一种好的结构形式。由于膜结构需要精确的设计及剪裁，以达到理想的效果，大卫、盖格和哥伦比亚大学的同僚迈克、马克麦克和约塞夫、赖特共同开发了非线性钢索计算程式，为气撑式大型膜屋顶工程设计奠定了基础。自1973年至1978年，在世界各地一连建造了12座气撑式膜结构大型室内体育馆，与同时期落成的其他球场比较，这些膜结构的体育馆不但价格便宜，而且施工快。面积40000m2的银顶球场的屋顶只用了11.5个月即全部完成。为世界最大之室内体育馆。
膜结构的发展历史 世界上第一座充气膜结构建成于1946年，设计者为美国的沃尔特·勃德（W.Bird），这是一座直径为15m的充气穹顶。1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议，无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。其中具有代表性的有盖格尔设计的美国馆（137m×78m 卵形），以及川口卫设计的香肠形充气构件膜结构。后来人们认为70年大阪博览会是把膜结构系统地、商业性地向外界介绍的开始。大阪博览会展示了人们可以用膜结构建造永久性建筑。而70年代初美国盖格尔-勃格公司 （Geiger-Berger Associates）开发出的符合美国永久建筑规范的特氟隆（Teflon）膜材料为膜结构广泛应用于永久、半永久性建筑奠定了物质基础。 之后，用特氟隆材料做成的室内充气式膜结构相继出现在大中型体育馆中，如1975年建成的密歇根州庞蒂亚克“银色穹顶”（椭圆形220×159m），1988年建成的日本东京体育馆（室内净面积4，6767㎡）。 张拉形式膜结构的先行者是德国的奥托（F.Otto），他在1955年设计的张拉膜结构跨度在25m左右，用于联合公园多功能展厅。由于张拉膜结构是通过边界条件给膜材施加一定的预张应力，以抵抗外部荷载的作用，因此在一定初始条件（边界条件和应力条件）下，其初始形状的确定、在外荷载作用下膜中应力分布与变形以及怎样用二维的膜材料来模拟三维的空间曲面等一系列复杂的问题，都需要有计算来确定，所以张拉膜结构的发展离不开计算机技术的进步和新算法的提出。 目前国外一些先进的膜结构设计制作软件已非常完善，人们可以通过图形显示看到各种初始条件和外荷载作用下的形状与变形，并能计算任一点的应力状态，使找形（初始形状分析）、裁剪和受力分析集成一体化，使得膜结构的设计大为简便，它不但能分析整个施工过程中各个不同结构的稳定性和膜中应力，而且能精确计算由于调节索或柱而产生的次生应力，完全可以避免各种不利荷载式况产生的不测后果。 因此计算机技术的迅猛发展为张拉膜结构的应用开辟了广阔的前景。而特氟隆膜摸材料的研制成功也极大地推动了张拉膜结构的应用。比较著名的有沙特阿拉伯吉达国际航空港、沙特阿拉伯利雅得体育馆、加拿大林德塞公园水族馆、英国温布尔登室内网球馆、美国新丹佛国际机场等。 张拉膜结构的特征 张拉膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。恰由于此，用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。 轻质：张拉膜结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多，但却具有良好的稳定性。建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件，将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。 透光性：透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。膜材的透光性可以为建筑提供所需的照度，这对于建筑节能十分重要。对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。通过自然采光与人工采光的综合利用，膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。夜晚，透光性可将膜结构变成了光的雕塑。 膜材透光性是由它的基层纤维、涂层及其颜色所决定的。标准膜材的光谱透射比在10%~20%之间，有的膜材的光谱透射比可以达到40%，而有的膜材则是不透光的。膜材的透光性及对光色的选择可以通过涂层的颜色或是面层颜色来调节。
重庆·三江原生态文化城—演艺中心舞台雨棚钢膜结构工程 施工组织设计 徐州鹏程钢结构工程有限公司 二○一八年四月三日
目录 一、编制说明………………………………………………………………… 二、工程概况………………………………………………………………… 三、施工布置………………………………………………………………… 四、施工准备工作…………………………………………………………… 五、施工方案………………………………………………………………… 六、质量保证计划…………………………………………………………… 七、安全技术措施…………………………………………………………… 八、工程相关技术标准与规范………………………………………………
一、编制说明 本工程位于重庆·三江原生态文化城演艺中心,本施工组织设计选择钢柱支撑及张拉膜结构复合体系方案，对土建基础以上膜结构工程安装、施工部分进行施工组织安排和指导。 二、工程概况 1、施工现场情况 工程地址：西藏昌都市 2、工程概况 本工程工作量较大，制作精度要求严格，整体结构要求悦目、精美，表面涂装严格。本项目总建筑面积为6692.2平方米，舞台采用管桁架膜结构体系，屋面结构由PTFE膜材覆盖：膜结构屋面投影面积6692.22㎡. 2.1钢管、钢板材质为Q345B; 2.2焊接材料为手工电弧焊焊条：E4315/E5016系列焊条，气体保护电弧焊焊丝：ER50-6。 三、施工布置 1、工程进度控制计划（见表1） 2、现场施工人力资源计划及组织机构设置（见表2）
工程进度计划表（按全部工程编制） 专业知识整理分享
浅析膜结构建筑的火灾危险性及防火对策 摘要：本文针对膜结构建筑的特殊建筑形式，分析了其存在的几个火灾危险性，并提出相应的防火对策，以保证这种形式建筑的防火安全。关键词：膜结构火灾危险性防火对策 1．前言 膜结构是近一段时间内获得迅猛发展的一种新型空间结构，它由于只承受张力，使得材料受力性能得到充分发挥，而且以重量轻，允许跨越大空间和设计成各种外形，施工周期短，维护方便，造价低廉，可满足多方面的使用要求，易与自然环境融为一体等优点，被国际建筑界誉为二十一世纪的建筑。膜结构是一种全新的建筑结构形式，它以优良的织物为材料，利用柔性钢索或刚性支撑结构通过弯曲内面力传送，将膜面绷紧。从而形成具有一定刚度、张力，能够覆盖大跨□度空间的结构体系。膜结构的发展最初主要以充气结构为主，但张力膜结构出现后，充气式膜结构除在特殊领域应用外，已大部分被张力膜结构代替。目前随着我国北京2008年奥运会脚步的逐渐临近，奥运厂馆的建设也已拉开序幕，北京在今后的几年内，将建成一批大型膜结构工程。1997年在上海第八届全国运动会的主体育场的挑篷采用了膜结构，覆盖面积为36100㎡，这是我国首次将膜结构应用到大面积的永久性建筑上。近年来，我国还在北京顺义游泳馆、景山公园冰灯展厅，鞍山游泳馆，苏州乐园的音乐广场，长沙的世界之窗剧场，上海虹口体育场的看台，青岛颐中体育场的看台建筑中都采用了膜结构。
可以看出膜结构建筑已经成为当今世界大空间建筑形式的一支主流，然而作为一种新型的建筑形式，在消防安全领域膜结构可以说存在着很多与现行规范不符的方面，也就是说它与传统的建筑防火概念有很大的冲突，比如，建筑材料耐火极限、防火分区的划分、人员的安全疏散、火灾自动报警系统的应用以及灭火系统的应用都是传统建筑设计方式所满足不了的。 2．膜结构建筑存在的火灾危险性： 2．1建筑材料的耐火等级问题 用于膜结构中的高强度柔韧性薄膜称为膜材，它是膜结构工程中最重要的组成部分，作用与钢筋、混凝土、轻质板材上是等同的，在膜结构建筑中既是起围护作用的建筑材料，又是张拉结构体系中的受力材料。《建筑设计防火规范》及《高层民用建筑防火设计规范》中对建筑物各构件的燃烧性能和耐火极限都有明确的规定。目前膜结构建筑中使用的膜材通常有两类，一类是以玻璃纤维织物为基材，涂覆聚四氟乙烯（PTFE）等树脂材料，燃烧性能可达到A级；另一类是以尼龙织物为基材，涂覆PVC及其他树脂材料，燃烧等级可以达到B1级。 如果采用前者应该可以满足要求，但如果采用后者则整体膜结构建筑的耐火极限如何确定，有待进一步分析； ２．２建筑空间跨度大，较难划分防火分区，火灾情况下易形成火灾蔓延 膜结构大多用于体育馆、剧院、展览建筑的观众厅、展览厅，其面积、
充气膜结构的研究进展 提要：本文从充气膜结构的结构设计原理入手，综述了其形态分析、荷载分析、剪裁分析等方面的研究现状与发展方向。 关键字：充气膜结构;形态分析;荷载分析;剪裁分析 充气膜结构是以性能优良的薄膜为材料，通过向薄膜构成的密闭空间内充气，利用空气压力支撑膜面，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。 由于膜材所特有的非线性力学特点以及膜结构整体所表现的柔性、张力与形态的统一性，其结构设计原理显著区别于传统结构，属于大形变条件下应变和应力问题[1]。主要包括四个阶段：方案设计、形态分析、荷载分析、剪裁分析。其中，找形分析是基础，荷载分析是关键，剪裁分析是目标和归宿。有关充气膜结构的主要研究工作也就集中在这三者之上[2-4]。 1形态分析 又称找形分析、找形，目的是寻找满足边界条件和初应力平衡条件的结构形状。初始平衡态的寻找是形态分析的关键，力密度法、动力松弛法和非线性有限元法是索膜结构初始形态分析的主要方法。其中，非线性有限元法在我国相关领域内应用最为广泛。 陆鉴恒等人[5]针对膜结构找形中最小曲面的确定问题，采用动力松弛法，对迭代参数进行分析和简化，使迭代参数的简化只跟时间步长有关。从算例数据可得出，在收敛范围内，迭代次数n随着迭代步时间步Δt的增加大体呈先减少再增加的趋势，最小值在T/4附近。并发现：a.动态阻尼动力松弛法的两个参数是相互联系的，跟每一时间步质点对应的周期有关；b.参数的取值：虚拟质量为任意常数，时间步长与对应时刻的质点周期对应，取值范围为(0，T/π)，建议取T/4左右；c.此方法简化了参数的选择，明确了参数选择的物理意义。简化虽然增加了迭代的次数，但是在可接受的范围内，且误差比较说明提出的方法计算精度高，结果可靠，值得尝试和进一步研究改进。 东南大学的周树路等人[6] 则针对力密度法的找形过程进行改进，避开其中“力密度”的概念，直接引入膜面应力和索拉力作为初始条件，以节点不平衡力作为控制误差，避免了传统力密度法需要反复试算力密度取值的弊端，使找形计算过程简洁高效。据此编制找形程序，通过复杂算例验证了该算法的正确性和普适性。 鉴于力密度法原理简单但找形结果往往不能满足精度要求；非线性有限元法结果精度高但存在确定初始坐标问题和非线性系统的收敛问题。针对这两种方法的不足，温世峰等人[7]在综合以上两种方法后得到了混合法对膜结构进行找形。
钢支撑反吊膜结构简介 一、膜材料简介 膜材基材为高张力聚酯纤维材料，膜材依靠它承受拉力。膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布采用聚酯纤维;涂层材料主要是聚氯乙烯。 环境工程膜材的特点： 1、高强度低纱聚酯丝及优质PVC涂层 高强度低纱聚酯丝除具备抗拉强度高、曲挠性好、轻薄韧等特点外，还具有抗撕裂、抗剥离、耐折、耐磨、耐油、无毒卫生、气密性好等特点。优质的PVC涂层改进了传统涂层材料的表面特性，具有优良的抗污染能力，能保持长久清洁，增强抗氧化性，防止PVC老化，延长使用寿命。 2、 UV光固化处理 环境工程专用膜材，运用先进的UV光固化处理技术，可提高有机涂层的户外耐久性，UV吸收剂还起到外用光滤剂的作用，可阻止有害日光辐射进入涂层基材。有效提升了有机材料耐老化性能，在高低温下均能保持稳定的物理性能。具备酸碱条件下的化学稳定性。大大提升了材料在强腐蚀，强酸碱，盐雾等恶劣条件下的使用寿命。 3、环境工程应用 针对环境工程特点，环境专用膜材，其耐腐蚀性能强，气密性好，抗老化、抗风载、耐H2S、耐紫外线、阻燃、自洁、可解决防腐难、冬季防冻问题，是污水池加盖密封的理想用材。
4、独特的改性PVDF涂层 环境专用膜材在PVDF涂层上添加了特殊的改性助剂，既提高了膜材的自洁性又可直接焊接，同时改性助剂与PVC层内添加剂协同作用，使PVDF与PVC涂层的结合更加牢固，不易剥离，不再需要涂覆底料层。双面PVDF自洁层不仅对膜材顶面有优秀的保护作用，而且对底面也具有优良的保护作用。 5、优良的抗菌、防霉性能 采用高品质的低纱高密度聚酯丝（HT-PESLO WICK）,并配合高效能防毛细、防霉助剂、彻底消除了膜材因侧渗而产生的发霉，脱落等现象。 二、钢支撑反吊膜结构特点： 1、采用了抗腐蚀能力很强的氟碳纤膜把废气罩住，钢结构在外面将膜悬吊。这样既发挥了氟碳纤膜的抗腐蚀性能，又从根本上解决了钢结构由于与腐蚀性气体接触而带来的腐蚀问题，因而钢结构可以按普通建筑钢结构的防腐等级考虑进行设计，具有50年的使用寿命，发挥了钢结构的性能，实现了结构骨架与覆盖材料的完美结合。使用年限：膜部分15年，钢结构部分50年； 2、由于膜材自重轻，而抗拉强度很大，膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度（中间无支撑）建筑上实现所遇到的困难，适于大跨度的池体； 3、由于所有钢支撑反吊膜结构均为密封体且膜结构造型为光滑曲面（负高斯曲面），风荷载体型系数小，抗风等级高，可按照抵抗12级台风设计;
膜结构：钢构造检测常识 景观膜结构友情导读：一、钢构造中所用的构件普通是由钢厂批量出产，并需有及格证实，因而资料的强度及化学成分是有优越包管的。工程检测的重点在于装置、拼接进程中发生的质量问题。钢构造工程中首要的检测内容有： 构件尺寸及平坦度的检测； 构件外表缺陷的检测； 衔接(焊接、螺栓衔接)的检测； 钢材锈蚀检测； 防火涂层厚度检测。 假如钢材无出厂及格证实，或对其质量有疑心，则应添加钢材的力学功能实验，需要时再检测其化学成分。 二、钢构造各检测标准的使用局限常识 三、构件尺寸及平坦度的检测 每个尺寸在构件的3个部位量测，取3处的均匀值作为该尺寸的代表值。钢构件的尺寸偏向应以设计图纸规则的尺寸为基准核算尺寸偏向；偏向的答应值应契合其产物规范的要求。 梁和桁架构件的变形有平面内的垂直变形和平面外的侧向变形，因而要检测两个偏向的平直度。柱的变形首要有柱身倾斜与挠曲。反省时可先目测，发现有异常状况或疑点时,对梁、桁架可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线，然后测量各点的垂度与偏向；对柱的倾斜可用经纬仪或铅垂测量。柱挠曲可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线测量。 四、构件外表缺陷的检测——磁粉探伤 膜结构车棚友情导读：1、磁粉探伤的根本道理 外加磁场对工件(只能是铁磁性资料)进行磁化，被磁化后的工件上若不存在缺陷，则它各部位的磁特征根本一致，而存在裂纹、气孔或非金属物夹渣等缺陷时，因为它们会在工件上形成气隙或不导磁的间隙，使缺陷部位的磁阻大大添加，工件内磁力线的正常传达遭到阻隔，依据磁延续性道理，这时磁化场的磁力线就被逼改动途径而逸上班件，并在工件外表构成漏磁场。 漏磁场的强度首要取决磁化场的强度和缺陷关于磁化场垂直截面的影响水平。应用磁粉就可以将漏磁场赐与显示或测量出来，然后剖析判别出缺陷的存在与否及其地位和巨细。 将铁磁性资料的粉未撒在工件上，在有漏磁场的地位磁粉就被吸附，然后构成显示缺陷外形的磁痕，能比拟直观地检出缺陷。这种办法是使用最早、最广的一种无损检测办法。 磁粉普通用工业纯铁或氧化铁制造，凡间用四氧化三铁(Fe3O4)制成纤细颗粒的粉末作为磁粉。磁粉可分为荧光磁粉和非荧光磁粉两大类，荧光磁粉是在通俗磁粉的颗粒表面面涂上了一层荧光物质，使它在紫外线的照耀下能宣布荧光，首要的效果是进步了比照度，便于察看。磁粉检测又分干法和湿法两种：
膜结构的发展历史 世界上第一座充气STRONG>膜结构建成于1946年，设计者为美国的沃尔特·勃德（W.Bird），这是一座直径为15m的充气穹顶。1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议，无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。其中具有代表性的有盖格尔设计的美国馆（137m×78m卵形），以及川口卫设计的香肠形充气构件膜结构。后来人们认为70年大阪博览会是把膜结构系统地、商业性地向外界介绍的开始。大阪博览会展示了人们可以用膜结构建造永久性建筑。而70年代初美国盖格尔-勃格公司（Geiger-Berger Associates）开发出的符合美国永久建筑规范的特氟隆（Teflon）膜材料为膜结构广泛应用于永久、半永久性建筑奠定了物质基础。 之后，用特氟隆材料做成的室内充气式膜结构相继出现在大中型体育馆中，如1975年建成的密歇根州庞蒂亚克“银色穹顶”（椭圆形220×159m），1988年建成的日本东京体育馆（室内净面积4，6767㎡）。 构跨度在25m左右，用于联合公园多功能展厅。由于张拉膜结构是通过边界条件给膜材施加一定的预张应力，以抵抗外部荷载的作用，因此在一定初始条件（边界条件和应力条件）下，其初始形状的确定、在外荷载作用下膜中应力分布与变形以及怎样用二维的膜材料来模拟三维的空间曲面等一系列复杂的问题，都需要有计算来确定，所以张拉膜结构的发展离不开计算机技术的进步和新算法的提出。 目前国外一些先进的膜结构设计制作软件已非常完善，人们可以通过图形显示看到各种初始条件和外荷载作用下的形状与变形，并能计算任一点的应力状态，使找形（初始形状分析）、裁剪和受力分析集成一体化，使得膜结构的设计大为简便，它不
摘要：大跨度空间结构是我国目前发展最快和工业领域应用最广泛的结构类型。随着社会经济的发展，大跨度膜结构的作用会更加广泛，但膜结构在施工过程中以及建成后的使用和维护，任何的错误或者不严谨都可能会影响到膜结构的正常运行。因此，我们还需进一步加强对其的研究和施工技术的不足，从而推动大跨度膜结构在我国的健康发展。 关键词:大跨度；膜结构；应用；技术 一、充气膜结构的定义与发展 充气膜结构是一种新型建筑结构，是轻型空间结构的一个重要分支，有单层、双层、气肋式三种，具有丰富多彩的造型，建筑特性、结构特性和适宜的经济性。因此，充气膜结构的诞生，就迅速在世界各地发展起来。充气膜结构是一个相对密闭的空间结构，与传统空间结构不一样的是，它是通过风机向结构整体内部送风，使膜内外形成一定的压力差，以保证膜结构整体的刚度，达到所设计的形状。之后，由压力控制系统使结构维持一定的内外压差，保证结构的稳定性。 充气膜结构建筑主要应用于体育场馆、大型娱乐休闲设施、展览会馆、物流仓储及环保工业等大跨度建筑结构，其技术广泛应用在比较发达的国家，主要集中在美国、加拿大、日本及欧洲的部分国家。我国对气膜结构的研究始于上世纪90年代初，当时与世界水平相比，无论是设计理念还是施工技术都存在一定的差距。 充气膜结构不同于其他膜结构，其形状虽然没有张拉膜丰富多样，但要求空间密闭，通过室内外压差保持结构的稳定性和安全性，并符合国内外规范要求和承受风雪荷载。它是集结构力学、机电系统、计算机控制系统于一体的较高技术水平的系统化结构形式。充气膜结构突出的优势是智能化管理系统，管理人员可以通过手机APP来实时检测气膜的状况，同时系统也会实时对气膜的状况发送至手机，这样的管理系统让气膜更智能化。有效的提升建筑的安全稳定性以及使用寿命。充气膜结构作为一种新型的空间建筑，具有传统建筑无法比拟的优势。特别对于需要大面积大空间的作业厂区，它比任何建筑更具有优势，因此它可广泛应用在需要大跨度作业空间。 二、大跨度膜结构施工技术的研究 （一）、土建基础
工程应用 2008年鸟巢竣工的北京奥运会场馆“鸟巢”和“水立方”膜结构采用ETFE膜材，是目前国内最大的ETFE膜材结构建筑，膜材采用进口产品。“鸟巢”采用双层膜结构，外层用ETFE防雨雪防紫外线，内层用PTFE达到保温、防结露、隔音和光效的目的。“水立方”采用双层ETFE充气膜结构，共1437块气枕，每一块都好像一个“水泡泡”，气枕可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源，并且具有良好的保温隔热、消除回声，为运动员和观众提供温馨，安逸的环境。目前国内膜结构发展振奋人心，随着一些大型体育馆、候机大厅等建设以及201年上海世博会和广州亚运会等国际盛会的举办，为我国膜结构的发展带来了机遇和挑战。尤其在膜材方面，我国起步晚，技术水平低，大部分膜材还主要依靠进口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市场的主流，应用比较广泛。我国已有PTFE膜材的自主知识产权，性能也基本达到国外同类产品的要求。很多公司、科研单位以及高校都在进行PVC表面涂层材料的研究，如PVDF、纳米TiO2表涂剂等的研究已初见成效，另外在表面防污自洁处理方面的研究如仿生荷叶构筑微粗糙表面也开始起步。在引进世界一流的生产设备和工艺技术的同时，加紧消化吸收并改进创新，尽快开发适合我国市场需求的膜材表面处理技术，对提升我国整个产业用纺织品产国家游泳馆“水立方”品档次和市场竞争力都具有重要意义。索膜结构是用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，节能、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用,膜结构建筑作为新的建筑形式于本世纪五十年代在国际上开始出现，至今已有四十多年的历史，特别是到了七十年代以后膜结构的应用得到了迅速发展。膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择。膜结构一改传统建筑材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十分之一。而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度（无支撑）建筑上实现时所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡的可视空间。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。另外值得一提的是，在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体型显现出梦幻般的效果。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure) ，是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索共同构成机构体系。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境-广西北海度假村680方开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体型显现出梦幻般的效果。张拉膜结构特别适合用来建造城市标志性建筑的屋顶，如体育与娱乐性场馆，需有广告效应的商场、餐厅等。城市的交通枢纽是城市命脉的关键性建筑，使用功能要求建筑物各组成单元的标志明确。因而近来年，这类建筑越来越多采用膜结构。建筑膜材料的使用寿命为25 年以上。在使用期间，在雪或风荷载作用下均能保持材料的力学形态稳定不变。建成于1973 年的美国加州La Verne大学的学生活动中心是已有23 年历史的张拉膜结构建筑．跟踪测试与材料的加载与加速气候变化的试验，证明它的膜材料的力学性能与化学稳定性指标下降了20 ％至30 ％，但仍可正常使用。膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、