膜结构的应用及发展
王自豪
(河南大学土木建筑学院，河南开封 475000)
摘要：膜结构是一种相当古老的建筑结构，随着现代建筑技术的不断发展而重生，本文分析了膜结构的几何建筑特征从膜材种类，膜结构体系特点入手，展示了膜结构的体系类型和特点，介绍了膜结构的最新研究成果，从不同方面和层面分析了我国膜结构的发展现状和趋势，探讨了膜结构的应用和发展趋势，从而揭示了我国膜结构的发展前景。
关键词:膜结构建筑,膜材,膜结构体系,发展
Application and development of membrane structure
Wang Zihao
(School of civil and architectural engineering, Henan University, Kaifeng, Henan 475000)
Abstract: membrane structure is a very old building structure, with the continuous development of modern construction technology, this paper analyzes the structure of the membrane structure
from the membrane type, membrane structure system characteristics, showing the type and characteristics of the membrane structure, introduces the latest research results from different aspects and aspects of the development status and trend of membrane structure, and reveals the development prospects of China's membrane structure.
Key words:membrane structure, membrane material, membrane structure system, development 一,引言
膜结构也即织物结构,是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式，最早的膜结构雏形可追溯到公元前若干世纪的帐篷结构。现代意义上的膜结构工程最早出现于20世纪50年代,是集建筑、结构、材料和计算机等科学为一体的高科技工程。
膜结构之所以得到如此众多的建筑师的青睐和日益广泛的应用，根本原因在于膜材料的独特性。膜材料是一种完全“柔性”的材料，又是一种介乎不透明的钢或混凝土与全透明的玻璃之间的“半透光”的材料。因这些特质，膜结构已广泛应用于大型体育场馆、展览中心、航空和铁路交通、文化娱乐等公共建筑中。膜结构按所采用的材料，可划分为 PVC 材料膜结构、PTFE材料膜结构、ETFE 材料膜结构；按其建筑几何元素，可划分为马鞍形膜结构、伞形膜结构、碗形膜结构；按其支承结构体系及支承方式，可划分为张拉膜结构、框架支承膜结构、气承式膜结构、气枕膜结构；按其使用功能和使用方式，还可划分为可移动、可展开、可开合膜结构等。
二,膜结构体系的分类及特点
按膜在结构中所起的作用和膜的结构形式,膜结构体系一般可分为充气式膜结
构、骨架式膜结构、张拉膜结构及索穹顶结构等。
2.1充气膜结构
充气膜结构是膜发展过程中最初阶段的主要形式, 分为气撑式与充气胎式两种，充气膜结构适用于跨度超过70ｍ的大跨度体育设施,一般采用低拱度、一层膜或二层膜的结构形式。
2.2 骨架式膜结构
骨架式膜结构以钢或其他材料构成刚性骨架,膜张拉并置于骨架上，其显著特点在于:膜不是维持结构体系存在的必要结构单元,也不仅仅是单纯的覆盖屋面体系,而是充分发挥了采光建筑功能和高强受力特性。
2.3 张拉膜结构
张拉膜结构是通过给膜材直接施加预拉力使之具有刚度,并承担外荷载的结构形式。完整的张拉式膜结构一般由张拉薄膜、加劲索及支承结构三部分组成。目前各种形式张拉膜结构广泛应用于各个领域,包括大型或大中型体育、文化、娱乐、商业设施以及小型景观作品等。
2.4 索穹顶结构
索穹顶结构是空间双层索系和覆面膜材的联合运用,形成的一种高效的大跨度轻型屋盖结构形式。可细分为Ｇｅｉ-ｇｅｒ索穹顶和Ｆｕｌｌｅｒ三角索穹顶。索穹顶一般由中心受拉
(钢)环梁、径向脊索、环向拉索、受压立杆、斜向对角索及外侧受压环梁组成。其造型新颖、造价经济、安装方便,结构效率极高,成功地应用于一些大跨度、超大跨度的结构。
膜结构有以下特点；
1)建筑的形体塑造更自由。多变的支承结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化,新颖美观,富有时代气息。
(2)经济效益更明显。膜结构屋面重量仅为常规钢屋面的1/30,降低了墙体和基础的造价。同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的“建筑可识性”和商业效应,其价格效益比更高。
(3)施工周期更短。膜工程中所有加工和制作均可在工厂内完成,在现场只进行安装作业。比传统建筑的施工周期几乎要快一倍。
(4)能源损耗更低。具有良好的透光性,透光率7%～20%,可以充分利用自然光,减少能源消耗。并且具有良好的阻燃性和自洁性。
(5)建筑空间具有更大的跨度。由于膜结构自重轻,膜建筑可以不需要内部支承,这使人们可以更灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。
三,多功能膜结构建筑
公共建筑、体育场馆甚至建筑小品有时需要满足开启、展开、移动等特殊功能要求。而膜材料的质量远远轻于其他传统建筑材料，这就使得在设计具备特殊功能要求的建筑物时，膜结构建筑往往成为首选甚至必选。
在多功能膜结构设计中，最困难的首先是开合、展开或移动的机械传动和控制系统的设计，这是决定能否顺利实现膜结构各项特殊功能的关键。所谓开合或移动膜结构，膜面设计完全等同于一般膜结构；但对于可展开膜结构，必须同时充分考虑展开前后两个状态的建筑效果，而展开前膜面的建筑观感和效果较难进行理论模拟，只能通过缩尺模型进行实验模拟。
四、新型膜结构体系的研究和发展
膜结构体系的创新一直是工程界和设计界所追求的目标。如果循着建筑结构发展的历史脉络，我们不难发现，建筑结构的材料经历了天然的土、木、石到工业革命后的钢、混凝土、玻璃、纤维有机等人工材料的发展, 天然材料的特点是强度低且抗压性能优于抗拉性能，而人工材料的特点是强度高而导致截面小，因而抗拉性能优于必须考虑稳定问题的抗压性能。与材料类型发展相对应的是，建筑结构的体系也经历了以受压为主逐渐向轻型的以受拉为主的发展历程。所以，结构体系创新的原动力是材料的创新，一旦材料领域生产出各项建筑和力学性能超过现有膜材、并更适用于建筑结构的新型柔性面料，必定会出现与之对应的新型膜结构体系。结构体系创新可以通过在前述各类膜结构体系内创造新的种类来实现，也可以通过在前述各类膜结构体系外创建新的体系来实现。
五, 我国膜结构目前存在的问题及对策
5.1 膜材质量与国外有一定差距
质量问题是制约现阶段国内膜结构发展的最重要因素之一。目前我国膜材基本来自国外,ＰＴＦＥ膜材主要来自美国、德国、日本,ＰＶＣ膜材主要来自法国(ＦＥＲＲＡＲＩ)、德国(ＭＥＨＬＥＲ、ＤＵＲＡＳＫＩＮ)、美国(ＳＥＡＭＥＮ)以及韩国的秀博公司等。国内生产的膜材或因物理性能欠佳,或因力学性能不足,尚难满足大型工程及我国膜结构发展的需要。因此,国内企业应当在引进相关人才、加大研发力度、提高生产质量上下功夫,这样才能使我国膜材质量有所突破、赶超国外先进水平。
5.2 膜材价格偏高
由于我国现阶段膜建筑建设所需膜材大多数依赖美国、德国、日本等膜材公司,所以膜材的价格一直偏高,这也就提高了工程造价。只有我国企业能自主研发物理性能与力学性能具佳的膜材产品才能打破长期依赖国外进口的尴尬局面。
5.3 国外相关理论和技术的保密
由于膜材的基层材料是由纤维按经纬方向编织而成,材料属正交异性,膜材受力时表现出明显的非线性,这些力学特性的存在决定了膜结构设计的复杂性。而我国膜结构研究起步较晚,国外的文献都没有公开核心部分,许多是以专利的形式存在的,且膜结构分析设计理论本来就还不够成熟和完善,因此难以获得国外膜材的相关核心理论和技术。
六,我国膜结构的发展前景
随着我国综合国力的增强和经济建设的快速发展,膜结构建筑设施已得到广泛地应用。进入21世纪后,随着中国申奥的成功和加入了ＷＴＯ,由中国人自己设计和施工的膜结构体育场馆和展览馆如雨后春笋般涌现在中国广袤的大地上。膜建筑在我国广泛适用于以下各个领域:文化设施—展览中心、剧场、会议厅、博物馆、植物园、水族馆等;体育设施—体育场、体育馆、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等;商业设施—商场、购物中心、酒店、餐厅、商店门头(挑檐)、商业街等;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、标志性小品、步行街、停车场等。我国目前每年大约有10万平方米的膜结构工程,虽然基数不高,可发展的潜力和势头非常迅猛。
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大家听说过索膜结构吗？其实从严格意义上来说，索膜结构就是我们平时所说的张拉膜结构，也是膜结构的常见形式之一，外表轻巧、美观、柔美，寿命也很长，很受人青睐。要说一个完整的索膜结构需由膜材、索结构、支架结构三部分组成，缺一不可。其实索膜结构有很多我们不了解的好处，今天我们就来详细了解一下。 （索膜结构-图例） 【索膜结构介绍】 大家对索膜结构了解多少呢？它也被称为张拉膜结构，是膜结构三种常见形式之一，其以膜材、钢结构支柱、拉索等共同作用，使膜面形成一定的张力从而形成承受外载荷的某种稳定的空间结构，与骨架式、充气式结构相比索膜结构是很能体现膜结构精髓的形式，由于其强度决定于受拉构件的承载能力而不是结构的稳定性，所以能够充分发挥钢索和膜材受拉工作时强度高、自重轻的特点，更加适合于大跨度结构中。 其造型也更加的灵活、轻巧、柔美，对于索膜结构来说不需要多余的支撑体系也不需要多余的装饰，其结构本身就是一种艺术造型。所以索膜结构非常适合用在标志性建筑上，如体育场馆、商场、交通设施、娱乐设施、文化景观设施等，不仅如此因为造型感强、制作简单、安装便捷、节能环保、安全性好所以索膜结构现在应用范围非常广泛。
【索膜结构组成】 一个完整的索膜结构一般由三部分组成：膜材、索结构、支架结构，下面我们简单说下这三部分。 1.形成曲面结构的张拉膜材，膜材作为结构材料，要能够抵抗一定的载荷而不致引起过大变形，同时作为结构中的覆盖材料，需要满足一定的建筑功能，如遮蔽、防火、耐久等，常用的为PVC/PVDF 膜材。 2.用于加强膜面的脊索、谷索以及将膜内力传向支撑结构的边索，索结构除了对膜面受力方面有加强作用，更重要的是它们起到了改变建筑造型的作用，尤其是脊索和谷索的灵活设置可能对整个建筑带来奇妙的视觉效果。 3.索膜结构体系中的支架结构，支架结构中常用的是钢结构，也可以采用混凝土结构，一些情况下甚至可以使用木结构或其他结构，支架结构除满足将索膜体系的内力传递到基础这一要求外，其构造形式也直接影响了索膜结构的整体造型。 【索膜结构特点】 一个好的索膜结构就需具备以下特点： 1.造型自由灵活艺术感强 因为索膜结构整体构造非常简单，支架结构、索结构以及膜材的灵活搭配组合，打破了传统以直线为主的建筑结构形式，可以创造出各种富有时代气息的优美曲面造型，特别是夜晚配合灯光更容易形成
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
膜结构车棚有什么特点 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度至120度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。 河南国星膜结构有限公司，是一家从事膜结构车棚、空间膜结构、张拉膜结构、索膜结构、膜结构停车棚、景观膜结构、体育场膜结构、收费站膜结构、看台膜结构、加油站膜结构、游泳池膜结构等膜结构的设计、制作、安装。公司注重产品质量，价格厚道，服务客户。凭
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。
膜结构看台是近几年新兴起的一种建筑形式，我们经常见到的学校体育场的看台近几年基本上都是用膜结构建造的，也就是我们所说的膜结构看台了。这种看台是一种绿色建筑，符合我国低碳、环保的号召。很多人会奇怪，有那么多的建筑材料可以应用，为什么一定要用膜结构呢？就因为它是一种新型的建筑方式吗？这仅仅是一小方面的原因，看完本文，相信大家就能得出答案了。 （膜结构看台-图例） 膜结构看台介绍 众所周知，膜结构看台具有造型轻巧自由、美观；透光、节能、环保，优良的阻燃性能；防污自洁性能；安全、寿命长等优点。基于这些优点，建筑膜材脱颖而出，膜结构看台被称为"21 世纪的建筑"，而奥运会的成功举办，也意味着膜结构看台已经在国内发展迅猛了，也会预示着膜结构看台发展的潮流所在及发展的市场。 目前，人们不仅会满足物质所带来的满足，而且还要享受精神上面的愉悦，所以现在越来越多的高楼大厦不仅有了坚固的外表，而且还非常之美观，造型独特，比如说水立方，这就是一个用新型建筑材料即膜结构看台所建造的建筑，膜结构看台推动绿色建筑产业的发展，所以这也将是未来的发展趋势。膜结构看台优势详解
膜结构看台是以建筑织物，即膜材料为张拉主体，与支撑构件或拉索共同组成的结构体系。它以其新颖独特的建筑造型，良好的受力特点，成为大跨度空间结构的主要形式之一。膜结构看台是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体，具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化，结合整体环境，建造出标志性的形象工程。总的来说，它具有以下诸多优势： 1.透光、自洁性 常用建筑膜材的表面为PVDF材料涂层，具有物理性能稳定与良好的自洁效果，膜表面粉尘一般情况下雨水可自行冲洗干净，同时保证建筑的使用寿命。 2.使用安全可靠 由于其自重轻，抗震性能比较好；膜结构属柔性结构，能够忍受很大的位移，不易整体倒塌；且膜材料一般都是阻燃材料，也不易造成火灾。膜结构看台可拆卸与重复安装使用，在一次使命完成后，可
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、
膜结构的介绍及应用 膜结构是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。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。 一、膜结构的分类从结构方式上大致可分为骨架式、张拉式、充气式膜结构3种形式 1.骨架式膜结构（FrameSupportedStructure）以钢构或是集成材构成的屋顶骨架后，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大,小规模的空间。 2.张拉式膜结构（TensionSuspensionStructure）以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达到安定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外,也是最能展现膜结构精神的构造形式.近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材料构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求高，结构性能强，且具丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。 3.充气式膜结构（PneumaticStructure）充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材,无需任何梁,柱支撑，可得到更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。 二、膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度，柔韧性好的薄膜材料，是由纤维编织成织物基材，在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成的材料，中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维，而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂（PVC）,硅酮(silicon)及聚四氟乙烯树脂（PTFE），在力学上织物基材及涂层材分别具有影响下列的功能性质。织物基材——抗拉强度，抗撕裂强度，耐热性，耐久性，防火性。涂层材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，透光性。 三、膜材的正确选定用于建筑膜结构的膜材，依涂层材不同大致可分为PVC 膜与PTEF膜，膜材的正确选定应考虑其建筑的规模大小、用途、形式，使用年限及预算等综合因素后决定。 PVC膜（PVC-CoatedPolyester）PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材质柔软，易施工的优点。但在强度、耐用年限、防火性等性能上较PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纤维织物加上PVC涂层（聚氯乙烯）而成，一般建筑用的膜材，是在PVC涂层材的表面处理上，涂以数micron厚的压克力树脂(acrylic)，以改善防污性。但是，经过数年之后就会变色、污损、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用环境不同在5~8年。为了改善PVC膜材的耐侯性，
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。
膜结构柔性材料的应用前景 膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，以性能优良的织物为基材，利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大 跨度空间的结构体系。柔性膜材的最大特点是强度高、耐久性好、防火难燃、 自洁性好，不受紫外线影响，使用寿命在15～25年，具有高透光率，对热能 反射率73%，热吸收量很少。这种独特的结构有着无限的潜力，能适应各种功能，具有强大的生命力，必将成为21世纪建筑结构发展的主流。 柔性膜结构材料以高强度聚酯工业纤维或玻璃纤维机织物为基材，两面复 合或涂覆聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯（PVDF）或聚四氟乙烯(PTFE)高分子材料而成。膜结构建筑具有结构轻、跨度大、安装快、成本低、防火难燃和安 全性高的优点。 膜结构所用纺织膜材料一般由基布和涂层两部分组成。基布主要采用聚酯纤维或玻璃纤维材料等；涂层材料主要采用聚氯乙烯和聚四氟乙烯等。膜结构 材料起源于欧美，在多个方面和领域得到了广泛的应用。最适合用于体育场、 剧场、飞机场和车站候车室、展览馆、仓库等建筑。 现代膜结构最初是在德国发展起来的，其基本特点、力学特性、设计方法 和作为结构体系的潜力也是在德国得到研究。1967年德国设计，并采用膜结构材料建设的蒙特利尔的万国博览会德国馆，在建筑史上具有广泛的国际影响。 膜结构如今已成为现代建筑的有机组成部分，世界各地建造了许多设计精良的 膜结构。自2002年起，我国先后通过引进发达国家的先进技术和装备开始PVC膜结构材料、PTFE膜结构材料和PVDF的研发和生产。但是，由于应用
时间短、技术水平低、装备限制大、生产效率低，在产品物理性能（如自洁性能、使用寿命）和力学性能（如拉伸强度、抗撕裂性能）等方面与国外产品有较大的差距，已经成为目前膜材料行业产品提升和拓宽应用过程中急需解决的关键课题。目前，每年所需高性能膜结构材料40多万吨（合4亿m2）中仍有90％依赖进口。 欧美、日本早期的膜结构主要采用PVC涂层的聚酯纤维膜，该膜材料具有强度较高、抗撕裂性能较好，能够满足早期膜结构建筑的需要，但是该材料存在着自洁性能差、不耐紫外线、使用寿命短以及在恶劣气候条件下存在发生事故的可能。后来大跨度膜结构建筑的建设，强度高、自结性能好的PTFE涂层玻璃纤维膜得到了更广泛的应用。上世纪90年代又研发成功PVF和PVDF膜结构，并且在工程中得到应用。膜结构的著名生产企业主要集中在美国、日本和德国等少数几个发达国家。PVC膜以及PVF膜、PVDF膜主要由法国（Ferrari公司）、德国（Mehler（米乐）公司、Durakin公司）、美国(Seamen公司)和韩国（秀博公司）生产；PTFE膜主要由日本太阳工业株式会社、日本旭硝子株式会社等生产；另外，ETFE膜只有日本旭硝子株式会社等三家企业生产，由于价格昂贵、施工要求高，只用于特定的运动场馆建设。 我国膜结构建筑发展相对较晚,从1995年开始，只建造了一个面积为3300m2的膜结构，1997年前国内只有少量小型和中型的膜结构建筑；1997年上海举办第八届全运会，其主体育场的看台挑篷采用膜结构，挑篷面积达到3.6万m2,可同时容纳8万名观众。这是我国第一次在大型体育场馆采用膜结构建筑的屋顶，为我国采用膜结构建筑掀开了新的一页，对我国膜结构建筑的发展具有重大的影响。上海体育场采用玻纤PTFE膜材料,全部系进口产品。随
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
郑州膜结构建筑特点特性 PTEE（聚偏四氟乙烯）膜材其3cm条宽的经向抗拉强度达到4550N，抗撕裂强度达到335N，而其厚度仅0.61mm；PVC膜材中厚度在0.6~0.8mm其抗拉强度/抗撕裂强度在3000~4400/300~550。这表明，目前的膜材已经接近和达到钢材的抗拉强度。 艺术性： 各种结构形式的膜结构建筑所展现出的整体结构是力与柔美曲线的完美结合，夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜面发出自然柔和的色彩，令人陶醉，使人流连忘返，极具现代时尚感，有着比较好的欣赏价值及艺术性。 经济型： 膜结构可以充分发挥材料重量轻、强度高的潜能，轻易实现大跨度，因减少了对墙、柱等支承构件和基础的要求，其骨架和支承体系及膜面的加工制作、热合均在工厂内完成，技术工人只要在现场完成结构的组装和膜的定位和安装，不仅大大缩短了工程工期，而且有效降低了工程造价。膜材的透光性能，可以减少照明强度和时间，经膜材透射的光，光线柔和无眩光，给人一种开敞、明亮的感觉，从而大幅度节约能源。常规情况下，其工程总造价及使用成本比传统建筑降低15%~30%。 耐候性： 膜材的耐候性很强，在-30°~+70°之间仍能体现出材料的稳定性，不会变脆改变它的性能。所以能够在范围内快速的推广和使用。 耐火性： 温度的增加只能慢慢地使索中预应力松弛，结构是逐渐失去张力而软化和坍倒的。因为先损失的是索中预应力而不是钢材强度，所以，在火灾早期预应力索结构的抗火安全度比传统结构高出数倍。而且膜材的不燃及阻燃性也大大降低了
火灾发生时造成的间接经济损失。 自洁性： 膜材的表面涂有PVDF(聚偏二氟乙烯)涂层，更使膜材的耐高温、抗紫外线、抗腐蚀、抗摩擦、抗污染的能力大大增强。具有PVDF防护涂层的膜材，不但可以延长结构的使用寿命，更使结构具有良好的自洁性。膜建筑表面经雨水冲刷，即能自洁。 河南景天膜结构工程有限公司，是一家从事膜结构车棚、空间膜结构、张 拉膜结构、索膜结构、膜结构停车棚、景观膜结构、体育场膜结构、收费站膜 结构、看台膜结构、加油站膜结构、游泳池膜结构等膜结构的设计、制作、安装。公司注重产品质量，价格厚道，服务客户。凭借景天公司的诚信及公司全体员工不懈的努力，我公司工程业绩遍布各地，赢得了良好的口碑。我们好品质，专注的精神，使河南景天膜结构工程有限使公司将继续创造高质量的膜结构产品，并期待在创新的道路上与您一路前行。 河南景天膜结构工程有限公司拥有先进的大型膜加工制作设备和检验、测试设备及膜材加工制作的现代化厂房，自有膜材焊接设备5台，总功率达到150KW，打磨机20台，年加工能力10万平方米。钢结构加工机器有大型数控割床两台，数控相贯线切割机两台，钢管除锈机2台，异型梁制作平台三个，无缝钢管握弯机大小两台，交直流焊机20余台，是具有独立承担钢结构、膜结构工程技术开发、设计、制作、施工、材料设备采购等一体化的承包能力。 企业理念：专业成就卓越，诚信回馈价值。 我们真诚期待与你合作!
膜结构建筑及其造型分析 摘要：膜结构是一种优良的结构形式，在世界各地受到广泛应用。从结构上可 以分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式。膜结构还拥有轻质、透光性、柔性、雕塑感、安全性、功能性、极具表现力等特性，有广阔的应用前景。 关键词：膜结构；分类；特性；发展方向 正文： 一、前言 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，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。 二、膜结构建筑形式的分类 从结构上分可分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式。（一）骨架式膜结构（Frame Supported Structure） 以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式,下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯,开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大,小规模的空间。 （二）张拉式膜结构（Tension Suspension Structure） 以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外,也是最能展现膜结构精神的构造形式. 近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求]高，结构性能强，且具丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。 （三）充气式膜结构（Pneumatic Structure） 充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材,无需任何梁,柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。 三、结构的特性 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。（一）轻质： 张力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。
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、
浅谈膜结构的维护和保养 结构这种新型结构体系在我国刚刚起步，无论从材料还是从技术方面与国外都有很大的差别。膜结构的很多优点是其他结构无法比拟的。只是由于膜结构的出现，使一些优秀建筑师的想法变成现实，所以对膜结构的深入研究很有必要。本文通过对膜结构的研究思考，认为由于膜结构的特殊性及膜材自身的特点，对膜结构的维护和保养有很多的现实意义，并提出几点自己的建议。 标签膜结构；维护与保养；膜材料；腐蚀 隨着经济的飞速发展，膜结构也在以飞快的速度走进中国市场。为2008年奥运会准备的国家体育场“鸟巢”工程和游泳馆“水立方”工程则充分说明了膜结构的发展潜力。于此同时，由于这种新型结构的不成熟性，会有很多问题等待我们共同努力去解决。其中，对膜结构的维护和保养是一个不容忽视的问题，必须引起我们的注意。 1 概述 1.1 膜结构的发展 膜结构既是一种古老的结构形式，也是一种代表当今建筑技术和材料科学发展水平的新型结构形式。它是张力结构的一种，以当今具有优良性能的玻璃纤维或柔软的纺织物为基层的膜材，并利用帆船原理，由膜内的空气压力支承膜面，或是利用钢索或刚性支承结构向膜内施加预应力，从而形成具有一定刚度，能够覆盖大空间的结构体系。 当今，随着材料的发展、技术基础的发展、计算机技术的发展、施工技术的发展以及人们观念意识的更新，使得膜结构这种外形美观，性能卓越的新型结构体系备受建筑师和工程结构师们的青睐。近几十年来，作为现代的原始建筑的膜结构广泛应用体育场、候机厅、游乐场、多功能厅等大型公共设施。 1.2 膜结构的优缺点 优点：公共建筑采用膜结构，造价会相对便宜，膜结构建筑层面重量比常规钢屋面要轻，大大降低了用钢量从而降低造价。而且其奇特的造型和夜景效果使其具有理想的商业效应，其价格效益比相对较高，外形也时尚等。 缺点：膜结构的缺点也明显，一是设计使用年限短，与一般所谓“百年大计”的概念不一致，二是对气候反应敏感，三是会污染环境。 2 膜结构材料的介绍 2.1 膜材
张其林/ZHANG Qilin 摘要：本文分析了膜结构中曲面单元的建筑几何特征，通过 工程实例展示了膜结构体系的类型及其特点，介绍了在新型 膜结构体系方面的若干研究成果，探讨了膜结构体系的应用 和发展趋势。 Abstract: This article analyzes the architectural characteristic of curved surface in membrane structure. By presenting several real projects, it introduces different types of membrane system and their features, presents recent research on new membrane systems, and discusses the trends of application and development of membrane structure systems. 关键词：膜结构建筑，膜材料，膜结构体系 Key words: Membrane architecture, Membrane materials, Membrane structure systems 作者单位：同济大学土木工程学院 收稿日期：2009-08-25 一、 前言 膜结构在国内的应用晚于世界近50年，但近10几 年来，膜结构在国内的应用发展速度高于世界任何地 区。目前，膜结构已广泛应用于大型体育场馆、展览中 心、航空和铁路交通、文化娱乐等公共建筑中，雕塑、小 品等小型临时建筑也在公共绿地和公园中极为普遍。 膜结构之所以得到如此众多的建筑师的青睐和日益 广泛的应用，根本原因在于膜材料的独特性。区别于传 统建筑材料钢、混凝土及玻璃的“刚性”本质，膜材料是 一种完全“柔性”的材料，又是一种介乎不透明的钢或混 凝土与全透明的玻璃之间的“半透光”的材料。因这些特 质，膜结构可以生成各类丰富多彩、复杂多变的空间光 滑曲面，能够充分反映建筑师的独特个性，甚至能够生 成令建筑师感到惊喜的出乎其意的建筑效果。 膜结构按所采用的材料，可划分为PVC材料膜结 构、PTFE材料膜结构、ETFE材料膜结构；按其建筑几 何元素，可划分为马鞍形膜结构、伞形膜结构、碗形膜 结构；按其支承结构体系及支承方式，可划分为张拉膜 结构、框架支承膜结构、气承式膜结构、气枕膜结构； 按其使用功能和使用方式，还可划分为可移动、可展开、 可开合膜结构等。 二、膜材料的类型和基本特点 膜材料可分为两大类：基层涂层类和高分子复合类。 基层涂层类材料由双向纤维编织的基材和具有耐久 和自洁功能的涂层组成[1]，见图1所示。其中，基材有 玻璃纤维基材和聚酯纤维基材两类，涂层有PVC和PTFE 两类。玻璃纤维基材一般覆盖PTFE涂层，而聚酯纤维 基材一般覆盖PVC涂层。所以，常将玻璃纤维类膜材称 为PTFE材料，将聚酯纤维类膜材称为PVC膜材。 高分子复合类膜材是ETFE材料经特殊处理后制造 的高强度薄膜材料，常称为ETFE膜材。 膜结构体系的应用和发展 THE APPLICATION AND DEVELOPMENT OF MEMBRANE STRUCTURE SYSTEMS 膜材料是一种完全柔性的面料，所以膜面受拉时张 紧，拉力为零时松弛褶皱。越是曲率半径小的膜面越能 保证其保持较大水平的拉力，平面膜面极易发生应力松 弛而导致褶皱，所以膜面必是曲面。但膜材料成品是平 的，当采用平的膜成品制成曲面膜面时，只能将成品平 面裁剪成具有较窄宽度的裁剪片，各裁剪片拼接形成近 似曲面，再经张拉才能形成光滑的膜面。裁剪片之间拼 接缝具有两层膜面厚度，与单层膜面透光率差异很大， 所以拼接缝在膜面上是可见且极为明显的（图2）。如果 膜面上拼接缝杂乱无章，将大大影响其美观性，所以必 须按一定规则设计一个美观的拼接缝图案。 PVC、PTFE和ETFE膜材料均具有一定的弹性变形 能力。其中PVC的变形能力最强，因而仅需较小的张力 就可生成较光滑的曲面，但相对而言，PVC膜材的耐久 性和自洁能力又较差，一般用于临时建筑和半永久性建 筑中。PTFE可用于永久性建筑中，但价格一般高于PVC 材料。相对于PVC和PTFE膜材，无基材的ETFE材料的 应力蠕变现象明显且持续时间长[2]，所以宜用于制作充 气单元，这样可以通过补充空气维持气压稳定以保持膜 面具有足够的张力、不因蠕变而松弛。因为没有基材， ETFE是一种近乎透明的材料，所以运用小尺度的充气 ETFE膜单元还可以替代玻璃面板或配以灯光达到特殊 的建筑效果。PVC和PTFE为半透光的材料，所以在大 面积覆盖的建筑屋面中运用PVC和PTFE在白天无需照 明，将达到很好的节能效果。PVC和PTFE的水密性和 气密性不亚于ETFE，所以也可应用于各类充气单元和 充气结构中。 三、膜结构表面的建筑几何元素 任何复杂或大型的膜结构表面均是由许多相对独立 的曲面单元组成的，曲面单元是指至少包含一个多边形 封闭边界的面内受拉的膜面单元。在一个多边形封闭边 12 1 基层涂层类膜材 2 膜面上的裁剪缝