充气膜结构简介 PPT

膜结构讲义摘要膜结构系统是由膜、索、桅杆、梁柱、基础等组件组成的，可以创造出优美的曲⾯造型；可以覆盖⼤跨度空间，并且重量轻，具有优异的结构特性。

同时，膜结构在照明、声学、防⽕、保温、节能与⾃洁等⽅⾯也具有许多优点。

现代意义上的膜结构在国外经过30多年的发展已经趋于成熟。

⾃1997年上海⼋万⼈体育场建成以来，膜结构在我国内地已得到较多应⽤，被⼴泛应⽤于体育场、展览馆、加油站等建筑中。

膜结构的组件与传统结构中的构件截然不同，其连接⽅式与传统结构中构件连接⽅式差别也⾮常⼤。

膜结构施⼯与传统结构施⼯最⼤的不同在于膜结构的节点连接。

本讲义对膜结构的节点连接进⾏了⽐较系统的概括，主要体现在以下⼏⽅⾯：⼀、.综合阐述了膜结构中各类材料的性能及其特性；⼆、将膜结构中的各类节点进⾏了新的分类，使之条理更加清晰；三、分析了膜结构的节点受⼒特点，并提出膜结构中节点的设计原则和要求；四、对膜结构的节点按类别进⾏了系统的介绍；五、对典型节点进⾏了受⼒分析；本讲义的编写得到了⼟⽊⼯程学院领导的⼤⼒⽀持，在此表⽰感谢。

由于本⼈⽔平有限，加之时间仓促，讲义中谬误之处在所难免，望读者及时提出批评指正。

⽬录第⼀章绪论 (3)第⼆章膜结构体系及其组成材料 (9)2.1膜结构体系 (9)2.2膜结构组成材料 (15)第三章膜结构节点构造 (23)3.1膜结构节点分类、特性及其设计要求 (23)3.2膜材连接节点 (27)3.3索材连接节点 (47)3.4⽀承⾻架连接节点 (52)第四章⼯程实例―徐州“⽉影风帆”膜结构改造设计 (57)第⼀章绪论⼈类的建筑活动从远古时期的帐篷到现代空间结构的膜结构，经历了漫长的发展历程。

认识膜结构的发展历程有助于我们认识建筑膜结构技术的演变规律，更好地进⾏建筑设计。

⼀、膜材的发展概况远古时期，⼈类最早的居所是帐篷。

它采⽤树⽪、兽⽪作帏幕，⽤⽯材、树⼲等作⽀承，以后逐渐发展为天然合成材料，如棉纱、⽑纺、帆布等。

定义膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜～30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型,其造型非常优美灵活.材质膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料;涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。

常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯（Teflon）。

PVC材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差，但价格便宜，容易加工制作，色彩丰富，抗折叠性能好。

为改善其性能，可在其表面涂一层聚四氟乙烯涂层，提高其抗老化和自洁能力，其寿命可达到15年左右。

Teflon 材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好，但它价格较贵，不易折叠，对裁剪制作精度要求较高，寿命一般在30年以上，适用于永久建筑。

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15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×7m8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。

膜结构的特点及膜材料的分类与特性一、膜结构的特点及应用范围气承式膜结构是靠向室内不断地充气，室内外产生一定的压力差，使覆盖膜布受到一定的向上浮力。

由于它跨中不需要任何支撑，因此适用于超大跨度的建筑，一般用于大型的体育场馆。

气胀式（气肋式）膜结构是由多个充气构件组成，易形成独特的建筑形式，一般用于街景、花园小品或小型建筑中。

张拉式膜结构可以通过钢柱及钢架支撑或钢索张拉成型，其造型非常优美活泼、富有生机，易于与大自然溶为一体，满足人们返璞归真的需求，适合于中小型跨度的建筑，也适用于大跨度体育场、游乐场等大型公用设施的看台挑篷结构中。

一般骨架式膜结构易于施工和安装，受力分析也较简单、直观；索穹顶膜结构则从理论分析到施工都有很大的难度。

根据骨架体系的不同可用于中小型或大型、超大型的体育设施或公共活动场所。

但由于其形状受到骨架体系的约束限制，故一般膜曲面较为呆板、灵活性不强。

组合式膜结构同时具有张拉式膜结构和骨架式膜结构优缺点，其设计分析虽比张拉整体式膜结构简单一些，且局部也有美妙的曲面形式，但其整体造型受到其支撑骨架的限制，目前这种体系较多地用于体育场的看台挑篷结构中。

它们有如下共同特点：（1) 自重轻在建造大型共公建筑时，具有较好的性能价格比。

在大跨度的结构中采用膜结构要比传统结构轻一个或几个数量级，且单位面积的结构自重与造价也不会随跨度的增加而明显地增加。

（2) 造型优美、富有时代气息膜结构突破了传统的建筑结构形式，易做成各种造型，且色彩丰富，在灯光的配合下易形成夜景，给人以现代美的享受。

又由于其技术上的先进性，膜结构被誉为现代建筑高科技，是21世纪的建筑。

（3) 减少能源消耗膜材料自身透光性较好，透光率在7%~15%左右，可充分利用自然光，白天使用不需人工照明，完全能满足各种体育比赛等活动需要；膜材料对光的折射率在70%以上，在日光照射下，室内形成柔和的散光，给人以舒适、梦幻般的感受。

（4) 施工速度快膜片的裁剪制作、钢索及钢结构等制作均在工厂内完成，可与下部钢筋混凝土结构或构件等同时进行，在施工现场只是钢索、钢结构及膜片的连接安装定位及张拉的过程，故在现场的施工安装比较文明、迅速快捷。

大型充气膜结构及膜材的发展进程膜结构是一种全新的建筑结构形式。

介绍了大型充气膜结构的相关理论及应用概况，并对我国建筑膜材的发展及运用进行了详细的总结，可供参考。

1膜结构的概述及其特点作为现代空间结构体系的一个重要分支，膜结构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，借鉴现代造型艺术与技术美学的成就，其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化，外观造型新颖独特，内部空间给人一种梦幻般的感觉，很大程度上满足了现代人的审美观念，成为现代建筑的新风格。

同时具有充分利用阳光、空气以及与自然融合的特性，符合当前提倡的“环保、可持续发展”重大战略，也为高科技生态建筑的发展提供了广阔的空间，更受到世界各地绿色建筑运动倡导者们的青睐，．将成为21世纪“绿色建筑体系”的宠儿，具有如下的特点：(1)艺术性：充分发挥建筑师的想象力，又体现结构构件优异的受力特性。

(2)经济性：由于膜材特有透光性，白天可减少照明强度和时间，能很好地节约能源。

同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的建筑艺术效果。

(3)大跨度：膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡可视空间，有效增加空间使用面积。

(4)自洁性：膜材自身具有防护涂层，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。

(5)工期短：膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，可减少现场施工时间，避免出现施工交叉，相对传统建筑工程工期较短。

(6)由于膜结构的独特魅力，其应用领域越来越广泛，目前主要应用于体育设施、交通设施、文化设施、娱乐设施、商业设施、景观小品及标志性建筑等。

2充气膜结构发展历程随着高强度建筑材料，数学力学，结构分析，制作安装技术，计算机技术的发展，膜结构体系不断演化，一般可分为充气膜、张拉膜、骨架式膜及索穹顶膜结构等结构体系[1，4]。

其中充气膜结构是膜结构发展过程中最初阶段的主要形式。

充气膜结构分类
充气膜结构根据其形状和用途可以分为以下几类：
1. 帐篷型充气膜：帐篷型充气膜结构通常用于临时性建筑，如展览馆、体育馆、会议中心等。

其特点是结构简单、搭建快速，能够提供大面积的空间覆盖。

2. 穹顶型充气膜：穹顶型充气膜结构常用于体育场馆、游泳馆、大型商业建筑等。

其特点是具有良好的空间感，能够提供较大的内部空间，并且具有良好的自重分担和抗风能力。

3. 圆顶型充气膜：圆顶型充气膜结构常用于观光景区、休闲娱乐场所等。

其特点是外形美观、独特，能够吸引游客的注意力，同时也具有较好的空间感和可见性。

4. 薄膜结构：薄膜结构是一种以薄膜材料为主要覆盖材料的充气结构，常用于遮阳篷、雨棚、临时遮挡物等。

其特点是结构轻巧、灵活，能够快速搭建和拆卸，适用于各种临时性场所的搭建。

5. 其他特殊形状：除了上述几种常见的充气膜结构外，还有一些特殊形状的充气膜结构，如立方体、多面体、椭圆形等。

这些结构通常用于艺术装置、展览展示等特殊场合，能够给人以独特的视觉体验。

充气膜结构体育馆施工工法充气膜结构体育馆施工工法一、前言充气膜结构体育馆施工工法是一种创新的建筑施工技术，通过采用特殊的充气膜材料和工艺，能够快速、高效地搭建出具有良好空间性能和使用功能的体育馆。

本文将详细介绍充气膜结构体育馆施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。

二、工法特点充气膜结构体育馆施工工法有以下几个特点：1. 快速高效：通过预制充气膜和支撑结构，可以大大减少施工周期，快速搭建出体育馆。

2. 灵活多样：充气膜结构体育馆可以根据需求进行灵活设计，变化多样的外形和内部空间布局，满足不同场地和功能的要求。

3. 轻质环保：采用轻质材料搭建，对地基要求低，减少土地资源的占用，同时对环境影响较小。

4. 良好的空间性能：充气膜结构能够提供宽敞、无柱、无障碍的空间，为体育活动提供良好的使用体验。

三、适应范围充气膜结构体育馆适用于各种体育场馆、多功能演出场地等需要大空间的场所。

尤其适用于临时性活动场所，如世界大型体育赛事等，可以快速搭建临时体育场馆。

此外，充气膜结构体育馆也可以用于常设体育场馆，提供长期的使用功能。

四、工艺原理充气膜结构体育馆的施工工艺是基于充气膜材料和结构的原理。

充气膜材料具有良好的张力和抗拉性能，能够通过内部充气增加结构稳定性和承载能力。

施工工艺中，首先根据设计要求制作充气膜，并进行预制。

然后，在施工现场搭建支撑结构，并将充气膜安装在支撑结构上。

最后，通过对充气膜进行充气，达到预定的形状。

五、施工工艺1. 地基预处理：根据地基状况，进行地基处理，包括清理、夯实和排水等工作。

2. 支撑结构搭建：根据设计要求，搭建支撑结构，包括框架和承重构件的安装。

3. 充气膜安装：将预制的充气膜进行安装，注意保护膜材料以避免损坏。

4. 充气处理：使用专业设备对充气膜进行充气，控制充气压力和速度，以达到设计要求的形状。

5. 管道和设备安装：根据体育馆功能需求，安装相应的管道和设备，如照明、空调等。

膜结构知识介绍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种形式海口海洋世界入口膜结构 1.骨架式膜结构（Frame Supported Structure）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。

青岛音乐广场 2.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（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。

之后，充气膜结构建筑相继出现在大中型体育场馆以及展览场馆中，得到世人的瞩目以及束自社会更多的关注．其中典型的有：１９７３年美国加利福尼弧州圣兜拉勒人学活动中心（图１．３）、１９７５年美国密歇投州庞蒂亚克“银色穹项”、】９８８年建造的东京后乐园棒球馆（图１．４）等等。

圈１．１富十馆
Ｈ１．２Ｊ、岛巨浪馆
图１．３圣克拉勒大学活动中心
图１．４东京后乐园棒球馆
然而，充气膜结构作为大跨度体育场馆屋顶，由于在恶劣天气时维护不当，曾出现过多次事故。

轻者屋面下瘪，重者膜材被撕裂，砸坏了下面的设旌，这些事故虽然只造成了一些财产损失，并没有人员伤亡，但在公共建筑中屋面问题，还是引起了公众的关注。

同时，充气膜结构在使用过程中需要不断能源供应，致使运行维护费用高；空压机与新风机的自动控制系统和融雪热气系统隐禽事故率高：室内过大的超压环境下人体的排汗、耗氧与舒适性等问题没能很好解决，这些甚至导致了人们对充气膜结构提出了疑问。

因此，在上个世纪８０。

膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜～30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型,其造型非常优美灵活.张拉形式膜结构在随后的几十年，建筑膜结构得到了迅猛的发展。

膜结构大部分由钢材和索构成，另外与结构相结合的膜材也逐渐走向功能化、智能化。

膜材具有造型轻巧自由、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，膜结构被称为“21世纪的建筑”，应用于大型体育场馆、入口廊道、购物场、娱乐场、停车场、展览会场、植物观光园等建筑。

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膜结构的结构形式：是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon等)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。

膜结构使用寿命及特点：膜结构车棚的篷布材质是膜结构，而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，使用寿命长，一般15-30年。

具有高透光率，透光率为13%,对热能反射率73%，热吸收量很少。

正是因为这种划时代的膜材料的发明，使膜结构车棚成为现代化的永久建筑。

膜结构停车棚的市场前景：随着都市现代化步伐的加快,汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。

我国由于汽车工业高速发展，城市的汽车拥有量成倍上升，但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求，常常是车无停放之地。