当代膜结构发展概述
‘当代膜结构发展概述
?简介：当代膜结构发展概述，从不定的形
状与形状的确定，从帐篷到永久性建
筑，膜的交承——空气、索或骨架三个方面来阐述的！
?关键字：当代，膜结构，发展，概述
一、前言
?为了迎接新世纪的来临，人们试图采用各种方式表示庆贺，建造一座建筑物不但以其形体引人注目，而且将作为标志性建筑而长久地存在。在全世界众多的纪念性建筑中，英国所建造的千年穹顶（Millennium Dome）尤为突出。当2000年子夜的钟声敲响时,在伦敦泰晤士河畔五彩缤纷焰火的照耀下，千年穹顶以它银白色的圆顶迎接新的千禧年。
这座直径320m、以12根高山100m的桅杆所支承的圆球形屋顶采用了张力膜结构。正是这座穹顶集中体现了20世纪建筑技术的精华，用它来迎接新世纪，的确是再恰当不过了。
虽然人们喜欢从最广泛的意义出发，把铁木构架和帆布建成的大棚,甚至以枝条和兽皮搭成的帐篷都纳入膜结构的范围,但从严格的结构受力的定义来说,
膜结构始于1970年日本大阪博览会上一座气承式膜结构的美国馆。当初这不过是临时性的展览建筑，但30年来膜结构却经历了巨大的变化。
从膜结构的跨度来看，近似椭圆形的美国馆，两个方向的跨度针别为 140m 和 83.5m。以后东京后乐园的气承式膜结构，最大跨度达201m。而美国亚特兰大的佐治亚穹顶，以椭圆形的屋顶覆盖了 240mxl92m的索膜结构。从当前的技术和材料条件看，完全有可能用膜结构来修建 1000m的大跨度建筑。从所覆盖的面积来看，1981年沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的伞形悬挂膜结构的占地42万m2，已令人叹为观止。而如今在沙特阿拉伯的米拿，为了庇护来往的朝圣者，正在分三期建设与吉大机场类似的膜结构，总面积在100万m2以上，堪称” 帐篷之城”。
膜结构作为一种现代化的工程结构，显示了当今建筑技术与科学的发展水平，也具有巨大的发展潜力，在新的世纪中，膜结构必将在建筑结构中占有重要的地位。
?二、不定的形状与形状的确定
膜结构的突出特点之一就是它形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。对于气承式空气膜结构来说，充气之后的曲面主要是圆球面或圆柱面，可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承的膜结构，其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。
膜结构形状的千变万化突出地表现在历年各国举行的博览会上。在这些博览会上，大大小小的展览馆，无不以新颖奇特的造型来吸引观众，而膜结构就
能用来达到这样的目的。例如1985年在日本茨城县举行的国际科学技术博览会，入口就是以五颜六色的膜材构成的拱形大门。在众多的展览馆中膜结构尤为夺目，象火鸟馆以钢梁与索组成的骨架支承扁平的凹凸屋面。美国馆以高耸的桅杆悬挂银白色的屋面。电力馆以中央塔架悬吊25个尖顶帐篷，夜晚通过灯光的反射宛如燃烧的火焰。其他象在候车亭、电话亭、走廊、厕所上也都出现了用膜材构成形式各异的建筑小品，蔚为大观。
?就形状而言，对建筑师说来是至关重要的。采用一般结构的建筑物，其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同，首先它的变形比一般结构要大一些，其次它的形状是在施工过程中逐步形成的，有一个形状确定的问题，需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状，即结构体系在膜自重（有时还有索）与预应力作用下的平衡位置。
在初步设计阶段，先按建筑要求设定大致的几何外形，然后对膜面施加预应力使之承受张力，其形状也相应改变，经过不断调整预应力，最后就可得到理想的几何外形和应力分布状态。
悬索结构中的索网与膜结构一样也有形状确定问题，象1968年蒙特利尔博览会的德国馆和1972年慕尼黑奥运会主体育场都有特殊的形状需要确定，当时只有借助于缩尺模型来解决。早期的膜结构也往往采用这个方法，材料从最简单的肥皂膜，一直到织物或钢丝。由于在小比例模型上测量的误差尚不足以保证曲面几何形的正确性，故对足尺的建筑外形只能起参考作用。但这还不失为一种有效的手段，能为设计者提供一个直观的形象。随着计算机技术的不断进步，膜结构的形状就更多地依靠计算机来确定。在膜结构设计理论中还出现了专门的研究课题——“找形”（formfinding）。为了寻求合理的几何外形，这个过程通过计算机的几次迭代，就可确定膜结构的初始形状。
膜结构设计打破了传统的“先建筑、后结构”做法，要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中，建筑师和结构工程师要坐在一起确定建筑物的形状，并进行必要的计算分析。这时，所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素，一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果。
?三、从帐篷到永久性建筑
?过去人们习惯地把膜结构看作是个帐篷，而帐篷只能算是一个临时性建筑——不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了，其中的关键问题就是材料。
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
污水池加盖膜结构详解 随着膜结构建筑的普及，用途也在逐步增加，在各行各业的很多领域都发挥着其独特的优势。膜结构在污水池加盖中的应用就是比较具有代表性的。 对污水池恶臭气体的处理最有效的办法是对污水池进行加盖密封，再通过进风口和出风口进行换气，把恶臭气体抽送到智能装置中进行除臭处理。恶臭气体具有发散性，极易影响到周边环境，因此对恶臭气体的密封收集是除臭处理的前提。污水池膜结构目前在江浙沪一带已有不少工程案例，除污水池加盖除臭外，膜结构环保系列还适用于污水处理厂的厌氧池、污泥浓缩池、生物絮凝池等。 污水池膜结构加盖具有以下优点： 1、耐化学药品性好； 2、耐候性、耐紫外线性及耐湿性强； 3、具有静电去除性能； 4、具安装拆卸简单，阻燃效果好； 5、抗冲击性强； 6、具有保温功能和隔音功能 7、结实耐用； 8、价格低且使用寿命长。 污水池加盖膜结构材质说明： 膜结构一般可分为空气支承膜结构（即充气式膜结构）、张
拉式膜结构及骨架支承式膜结构三种，它们具有不同的结构特点、建筑表现形式，适应不同的应用场所。钢支承反吊氟碳纤膜结构是专门针对污水池加盖开发的新型结构方式，选用了耐腐蚀的氟碳纤膜作为覆盖材，并通过反吊的形式来适应污水池的腐蚀性环境。 钢支承反吊氟碳纤膜结构具有耐久、安全、安装快捷检修方便、美观、经济等特点，比传统的普通碳钢骨架＋阳光板和不锈钢骨架＋玻璃钢板的优势比较突出，在污水处理池和沼气池覆盖上面很值得推广。 所以说，污水池加盖的最佳选择——钢支撑反吊UV膜结构 污水处理厂恶臭气体污染一直是有关人员最头痛的问题治理办法是有可是大型池体（如污泥氧化沟、浓缩池、消化池）的气体收集是最难最大的问题大跨度、腐蚀寿命耐久度。钢支撑反吊UV膜结构的巧妙之处在于“反吊”，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UV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。 此外钢支承反吊氟碳纤膜结构还有以下特点： 1、使用年限：膜部分10-15年，钢结构部分50年；
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。
索膜结构罩棚工程施工技术案例分析 摘要：体育场索膜结构罩棚钢结构部分采用大跨度悬挑斜拉索结构体系的开敞式新颖结构形式。看台顶棚钢结构为斜拉索加钢管桁架结构体系，由于悬挑较长且为开敞式，故弯矩大受风荷载影响明显加之沙漠地区风荷载更加明显，深化设计中活荷载取0.3km/m2风荷载取0.55km/m2，雪荷载取0.3km/m2。与主体钢结构对应，膜顶棚由29个马鞍形膜单元组成，峰谷鲜明，矢高2.5m，每个膜单元面积约100m2，每个膜单元之间天沟连接相邻单元天沟间防水膜覆盖。由于膜材是一种柔性织物，要想作为一种建筑材料具有一定的造型，必须给其施加一定数值的预张力，可以通过膜节点索的调节从而使预张力达到设计要求。本工程膜结构形式为张拉膜形式，沿径向硬边用螺栓与铝压板与主体钢结构桁架梁连接，檐口采用弧形软边钢索张拉，硬边的安装过程同时也是沿经线方向张拉的过程，硬边安装完成后要达到受力要求。 关键词：非线性；有限元；大跨度悬挑；卸载 1 工程概况 张掖国家沙漠体育公园位于甘州区城南13km处，东南宽 4.3km，南北长11.4km，总面积35km2，是全国距离城市最近的沙漠体育公园，公园国际赛车场占地面积约60000m2，按国际标准赛车场设计，主看台坐北向南，为极富动感的圆弧造型，面向沙漠，背靠绿洲，视野开阔，长170m，宽22m，设有3000个坐席，看台上方的风雨罩棚为索膜结构，膜棚为时尚浅黄色，与沙漠浑然一体。整体投影面呈月牙造型，流畅、美观。索膜结构罩棚投影面积2059m2，展开面积2326m2。钢结构为钢管柱主支撑，悬挑变载面钢管桁架梁，桁架梁之间连接圆弧热钢管连系梁，相贯线焊接。悬挑桁架梁与钢管柱通过Φ20柔性钢索张拉连接，悬挑桁架檐口相对标高12.7m，工程最高相对点标高24.6m超过24m，悬挑梁最长处悬挑16m，属长臂悬挑桁架梁，弯矩较大给结构施工带来很大难度，钢管柱采用Φ530mm×16mm，Q345B热钢管，桁架梁上下弦杆均采用Φ180mm×6mm 垫钢管，腹杆采用Φ60mm×3.5mm。支座采用刚性固定支座，本工程整体用钢量较大，沙漠地区施工条件艰苦，早晚温差大，而且几乎每天下午15：00都会伴随一场沙尘暴，所以施工难度相对较大，本文就本工程的特点作施工技术说明（见图1）。 2 技术措施 2.1 施工进度计划 本工程工期紧、工作量大，沙漠地区气候相对恶劣，安装难度大，新材料、新工艺、专业性强，部分材料需提前定做，所以必须进行统筹规划，做好详细的施工进度计划，根据现场土建施工及吊装机具情况及工厂车间生产情况以及各时间节点参数、工艺参数拟如下双代号网络图作为施工进度计划严格执行，如图2。
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。
新型建筑结构体系浅谈(一) 【论文关键词】：建筑结构体系；钢一混凝土混合结构；张拉整体结构；膜结构【论文摘要】：随着科学技术、结构设计理论、高强材料的迅速发展，为建筑师们提供了丰富的想象空间，同时也为新颖结构体系自寺出现创造了条件。文章主要介绍近年来应用越来越多的几种新型建筑结构体系。 随着科学技术、结构设计理论、高强材料的迅速发展。人们对建筑造型、建筑设计和跨度的要求越来越高。对建筑结构的要求更高。为了解决这些问题，涌现出了一些新的结构体系。包括：钢一混凝土混合结构、巨型结构体系、张拉整体结构、膜结构等。 1.钢一混凝土混合结构 钢一混凝土混合结构是我国目前在高层建筑领域里应用较多的一种结构形式。钢结构和混凝土结构各有所长，前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空高度大等优点；而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明，高层建筑采用钢一混凝土混合结构的用钢量约为钢结构的70％，而施工速度与全钢结构相当，在综合考虑施工周期、结构占用使用面积等因索后。混合结构的综合经济指标优于全钢结构和混凝土结构的综合经济指标。钢一混凝土混合结构最早于1972年用于芝加哥的GatewayI]IBuilding(36层137m)。我国至20世纪80年代才将钢结构用于高层建筑，目前已建成或在建的高层建筑(约有40余幢)中．有一半以上采用的是钢一混凝土混合结构，其中的典型建筑是上海金茂大厦。钢一一混凝土混合结构在高层办公楼、学校、医院及住宅等建筑中将有更广泛的应用。 2.巨型结构体系 巨型结构是由大型构件(巨型梁、巨型柱和巨型支撑)组成的，主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。 巨型结构按主要受力体系形式可分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构和巨型分离式结构；按材料可分为巨型钢筋混凝土结构、巨型钢骨混凝土结构、巨型钢一钢筋混凝土混合结构及巨型钢结构。 巨型结构的特点：从平面整体上看。巨型结构的材料使用正好满足了尽量开展的原则，可以充分发挥材料性能；从结构角度看，巨型结构是一种超常规的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构，是一种非常合理的超高层结构形式；从建筑角度看。巨型结构可以满足许多具有特殊形态和使用功能的建筑平立面要求。使建筑师们的许多天才想象得以实施。 巨型结构作为高层或超高层建筑的一种崭新体系。由于其自身的优点及特点，已越来越被人们重视，并越来越多地应用于工程实际，是一种很有发展的结构形式。香港汇丰银行属于巨型钢结构体系。是诺尔曼·福尔特设计的。 3.膜结构 膜结构是张力结构体系的一种，它是用多种高强薄膜材料(常见的有PVC类、PTFE类及有机硅类)及辅助结构(常见的有钢索、钢桁架或钢柱等)通过一定的方式使其内部产生一定的预张应力。并形成应力控制下的某种空间形态。作为覆盖结构或建筑物主体，并具有足够的刚度以抵御外部荷载作用的一种空问结构形式。其中基材织物。主要决定膜材的力学性质。提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等；涂层。主要解决膜材的物理性质，提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等。 膜结构具有如下特点：①多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化，新颖美观。同时体现结构之美。且色彩丰富；膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1／30，这就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；②膜工程中所有加工和制作依设计均可在工厂内完成，在现场只进行安装作业，与传统建筑的施工周期相比，它几乎要快一倍；③膜材有较高的反射性及较低的
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
国家体育场
国家体育场（National Stadium）位于北京奥林匹克公园中心区南部，为2008年第29届奥林匹克运动会的主体育场。工程总占地面积21公顷，建筑面积258,000m2。场内观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000个。举行奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。奥运会后将成为北京市民广泛参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所，并成为具有地标性的体育建筑和奥运遗产。国家体育场工程为特级体育建筑，主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级，抗震设防烈度8度，地下工程防水等级1级。工程主体建筑呈空间马国家体育场工程作为国家标志性建筑，2008年奥运会
主体育场，其结构特点十分显著，国家体育场结构复杂。体育场呈鞍椭圆形，南北长333m、东西宽294m的，高69m。主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2t，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。
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。
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、
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
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
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