索膜结构基础知识

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。

索膜结构施工要点_索膜结构性能特点索膜结构兴起于20世纪60年代,直到21世纪才逐步引入中国并被广泛应用于体育馆、展览中心、步行街等文体商业设施，索膜结构的施工可以交由专业的膜结构公司去全程把脉，作为业主们要能了解一些基础的膜结构施工要点也是能对施工过程起到一个很好的监督作用，，本文就针对索膜结构的施工要点和性能特点给大家做个介绍，以便您对索膜结构有个了解，下面就跟随致彩膜结构公司的小编一起看看吧。

【索膜结构施工要点】一、支承结构，应事先确定好具体的安装步骤及安全技术规范，检查相应钢材有无锈迹、腐蚀，索跟锚具的接触面是否有异常。

二、膜面，膜面要求无积水、无腐蚀、无颜色异常，各节点固定要结实。

三、膜材设计及安装，膜材设计是索膜结构施工前准备工作中的重中之重，应要求相关的设计人员量好膜材相应的尺寸，把控好每个控制点的未来装置误差，要对膜材出厂时的各类质量保证相关文件、数据进行检验，检查膜材表明是否有磨损，装置时要密切注意气候的变化，避免膜材发生抖动的假象。

【索膜结构性能特点】一，自然光的灵活转换，透光是所有膜结构建筑都共有的性能，我们还可以采用人工干预的方式控制自然光的照射，满足了对于建筑内光亮在不同时间段有着不同要求的业主们。

二，索膜结构的自重非常小，这是因为它是依靠预应力形态来保持整体结构的稳定性，使得其自重要比传统的建筑结构小多了。

三，可灵活移动及多次重复使用，由于索膜结构的自重很小，组装快速，多次重复使用，经济又环保。

四，环境适应性强，索膜结构能够通过改变自身的形式来适应不同的空间布局及其天气变化。

五，安全可靠，依据行业规范设计出来的索膜结构都具有足够的安全性，即使坍塌，危险性也会很小。

【索膜结构基本介绍】目前膜结构找形分析的方法主要有动力松驰法、力密度法以及有限单元法等。

荷载分析既是分析结构在各种荷载工况下的响应。

而另一个目的是确定索、膜中初始预张力。

在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应力减少，这就要求施加初始张应力的程度要满足在不利荷载作用下应力不致减少到零，即不出现皱褶。

第二章2.2张拉索-膜结构的基本单元及组合第二章 2.2 张拉索-膜结构的基本单元及组合
2.2 张拉索-膜结构的基本单元及组合如前所述，张拉膜结构(柔壳）不能抗压，因此壳体中的内力N1和N2只能为拉力。

由方程（2.1.9)中的第三式可以看出，当张拉薄膜结构处于零载荷状态时，其曲率的符号必然相反，于是由式（2.1.1)可知张拉薄膜结构的高斯曲率只能为负值。

由索、膜两种材料组成的张拉索-膜结构为组合结构，其曲面为连续折曲面，一般不能用统一的平衡方程表示，但索可以看做是薄膜曲面的柔性边界，索与索之间的膜面应为负高斯光滑曲面，类锥形旋转面和鞍形滑移面为其基本形式，可采用圆形、四边形或多边形等多种平面形式（图2.2.1、2.2.2)，通过基本曲面形式的拓展和组合可得到形态各异的薄膜曲面（图2.2.3)。

索膜结构介绍索膜结构：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，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。

索膜结构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。

膜结构概念膜结构(Membrane Structure)，即张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure)，是依靠膜材自身的张拉力和特殊的几何形状而构成稳定的承力体系。

膜结构通过(钢架、钢柱或钢索)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，膜只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来保障，因此需制作成凹凸的空间曲面，故习惯上又称空间膜结构。

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，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。

索膜建筑结构第一篇理论篇。

1第二篇设计篇。

6第三篇施工篇。

8第四篇管理篇。

9第一篇理论篇1、膜材材料性能分类介绍一．概述膜材是膜结构工程中最重要的组成部分，它的作用是与钢筋和混凝土等同的。

膜材之所以被称为“第五代建材”，是与化学工业中高分子材料的合成与改性技术的不断发展密不可分的。

在七十年代初期，以美国杜邦、康宁公司为主的几家公司和设计单位联合开发研制了以玻璃纤维织物为基材，以聚四氟乙烯（PTFE，又称“特氟隆”）为涂层的新型膜材，使膜结构从最初的临时、半永久性建筑迈向永久建筑的行列。

现在，随着膜材产品种类不断增加，性能不断加强，膜材已经完全可以满足建筑形式的需要。

通俗地讲，膜材就是高分子聚合物涂层与基材层按照所需要的厚度、宽度，通过某些特定的加工工艺粘合在一起的产物。

二．膜材的组成与加工工艺1．聚合物聚合物又称高聚物（POLYMER），即高分子聚合物。

一般高分子的分子量高达几万到几百万。

合成聚合物的原料是单体，如乙烯单体、氯乙烯单体、丙烯单体等等，它们不断重复链接，聚合成聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）等等。

高分子聚合物按照制成材料的性能和用途可以分成三大合成材料，即塑料、橡胶和纤维。

2．基材就目前应用于膜结构的膜材而言，基材一般分为两种：（1）聚酯长丝（涤纶PET）：涤纶的合成原料是乙二醇和对苯二甲酸。

在这里引入苯环的目的是提高材料的熔点和刚度。

涤纶的特点是：熔点高，在150～175℃以下的机械强度好，耐溶剂、耐腐蚀、耐磨、耐油腻，可多次洗涤，透水透气性适宜。

它是合成纤维中的第一大品种。

若用丁二醇代替乙二醇，可以制得熔点较低，较柔软的涤纶聚酯。

（2）玻璃纤维：玻璃是一种非晶体，没有固定的熔点。

将玻璃加热熔融并拉成丝，就成为玻璃纤维。

玻璃纤维的特点是：拉伸强度高，不仅超过各种天然纤维，也超过一般的合成纤维和钢材的强度。

但是，它的弹性模量较低，约为钢的1/3，属于脆性材料；具有良好的耐热性，一般在300℃以下可以保持性能不变；具有良好的电绝缘性。

索膜结构1. 材料MATERIAL膜材：membrane material基材layer涂层coating表面处理top treatment索及索具：cable and clamping/end pieces防火fire protection防腐corrosion protection保温heat preservation徐变creep2. 建筑选型FORM A ND FUNCTION充气膜结构：air-supported membrane structure骨架支承式膜结构：frame-supported membrane structure 张拉式膜结构：tensile membrane structure开合式膜结构：retractable membrane structure悬索结构：suspension cable structure索穹顶结构：cable dome混合支承结构体系：hybrid membrane structure张弦梁结构：beam string structure造价评估：cost analysis3. 结构分析与设计AN ALYSIS A ND DESIGN形状设计：form finding初始预张力：prestress力密度法：force density method动力松弛法：dynamic relaxation method非线性有限元：nonlinear finite element methodANSYS应用：ANS YS application荷载分析：loading case analysis褶皱分析：wrinkle analysis荷载取值：loads and load factors风洞实验：wind tunnel test风振分析：wind induced response analysis裁剪设计：cutting pattern节点设计：details design基础设计：anchorage and foundation加工技术：fabrication施工安装：erection检测技术：inspection4. 相关链接OTHERS工程介绍：project description/introduction企业介绍：enterprise brief/introudction设计软件：design software设计规范：specification期刊文献：literature行业协会：trade association会议信息：conference information专栏公告：column proclamation索与钢筋的论证（1）一般来说我们只让索和钢筋受轴向力，索一般只受拉，不能受压，它的抗弯能力不予考虑；钢筋既能受压，也能受拉，而单根钢筋的抗弯能力也是不予考虑的，钢筋的抗弯能力主要表现在受压钢筋和受拉钢筋组合作用时由于它们的间距而能够提供抗弯能力。

18索膜结构工程18.1索膜结构的特点、类型及材料索膜结构体系起源于远古时代人类居住的帐篷，但真正意义上的膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，是一种建筑与结构完美结合的结构体系。

它是用高强度的柔性薄膜材料（PVC或PTFE)与一定的支撑及张拉系统（钢架、钢柱或钢索等）相结合，通过预张力使膜形成具有一定刚度的空间稳定曲面，从而达到能承受一定外荷载，并满足造型效果和使用功能的一种空间结构形式。

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。

膜结构从20世纪90年代以来在我国也得到了飞速的发展，目前已经建设了数十个大型膜结构体育建筑、文化娱乐建筑、商业建筑、交通运输建筑及其他标志性建筑。

图18- 1是国内已建的代表性膜结构工程。

(c) (d)图18-1国内膜结构工程(α)上海八万人体育场；（W青岛颐中体育场；（c)郑州杂技馆；id)大连金石滩影视艺术中心18.1.1索膜结构特点18.1.1.1自洁性膜材表面的涂层PTFE或PVDF均为惰性材料，具有较高的不燃性和稳定的化学性能，并且耐腐蚀。

惰性涂层不与灰尘微粒结合，长久不褪色，所以膜结构建筑表面经雨水冲刷即能自洁，经过长年使用仍然保持外观的洁净及室内的美观。

18.1.1.2透光性膜材是半透明的织物，并且热传导性较低，对自然光具有反射、吸收和透射能力，其透光率随类型不同而异，可达4%〜18%。

经膜材透射的光呈漫反射状，光线柔和宜人无眩光，给人一种开敞、明亮的感觉。

膜材的透光性既保证了适当的自然漫散射光照明室内，又极大程度上阻止了热能进入室内，因此膜结构在节能方面有它的独特效果。

18.1.1.3大跨度膜结构建筑中所使用的膜材重量轻，常用膜材质量为0. 5〜2. 5kg/m2，并且膜结构是张力结构体系，能够充分发挥材料的抗拉性能，因此膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度建18.1索膜结构的特点、类型及材料653筑上所遇到的困难，它能创造出巨大的无遮挡可视空间，有效增加空间使用面积。

膜结构及索膜结构综述——结构选型期中作业城市建设与管理学院10级景观建筑设计专业汪珂珂（20101150175）1.膜结构建筑概述膜结构也称为织物结构，是世纪中叶20 发展起来的一种新型空间结构形式，它以性能优良柔软织物为材料，由膜内空气压力支撑膜面，或利用柔性钢索或刚性支撑结构使膜面产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。

膜结构的起源可追溯至远古时代人们利用牛皮或布等制作的帐篷结构。

但是长期以来由于技术原因，这种结构发展并不快。

1970年日本大阪世界博览会，由美国工程师盖格尔(David Geiger)设计的美国馆，其屋顶采用空气支撑膜结构，平面尺寸达到83.5 m×142 m，采用以聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物建造。

通常被认为是第一个现代意义上的大跨度膜结构。

虽然现代膜结构出现仅有几十年时间，但发展迅速。

在20 世纪后期成为国际上大跨度空间建筑及景观建筑的主要形式之一,具有强烈的时代感和代表性。

它是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学、计算机技术等为一体的多学科交叉应用工程,具有很高的技术含量和艺术感染力,实用性强、应用领域广泛,既可应用于大型大跨度的公共建筑，如体育场馆、机场大厅、展览中心、购物中心，也适用于规模较小而造型各异的休闲景观设施、建筑小品等。

其发展潜力巨大,将成为21 世纪空间结构的发展主流。

2.膜结构的分类根据不同的支撑方式，通常将膜结构分为空气支撑式、张拉式及骨架支撑膜结构3大类。

2.1 充气式膜结构向由膜结构构成的室内充入空气,使室内的空气压力始终大于室外的空气压力,使膜材料处于张力状态来抵抗负载及外力的构造形式有单层结构和双层结构两种。

单层结构如同肥皂泡,单层膜的内压大于外压。

此结构具有大空间,重量轻,建造简单的优点,但需要不断输入超压气体及日常维护管理。

双层结构是在双层膜之间充入空气,和单层相比可以充入高压空气,形成具有一定刚性的结构。