膜結構設計編輯一,、膜結構采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法,，用分項系數(shù)的設計表達式進行計算。 二,、膜結構應根據(jù)建筑物的性質(zhì)和等級,、使用年限、使用功能,、結構跨度,、防火要求、地區(qū)自然條件及膜材的耐用年限等要求進行膜材選用,。 三,、膜結構的設計應根據(jù)荷載、支承條件,、制作加工,、施工工況及其它特殊條件進行。 四,、膜結構的設計內(nèi)容包括形狀設計,、荷載分析、裁剪設計,、配件設計,、支承結構設計。 五,、對膜結構的形狀設計,、荷載分析、裁剪設計,，應在考慮施工過程的基礎上進行一體化的設計,。 六、膜材只能承受拉力,，不能承受壓力和彎矩,。 七、膜面的主應力應小于膜材的強度設計值,，在荷載長期作用下,，最小主應力應大于等于維持其初始平衡形狀的應力值。 八,、膜結構一體化設計時,，應考慮膜材的松弛、徐變、老化,。 九,、膜結構設計時,，應考慮使用階段膜材替換對整體結構的影響,。 十、膜結構設計應考慮膜材破壞時,，支承結構仍應保持自身的強度,、剛度及穩(wěn)定性。膜材分類編輯膜材分類目前建筑膜材廣泛認可的標準是日本JISA-93所規(guī)定的A,、B,、C三類，是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來劃分的,。A類A類,，以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成；B類B類次之,，以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成,；C類C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸）織物為基材涂PVC而成,。按涂層材料分,，有聚四（PTFE）、聚偏（PVDF）,、聚（PVF）,、聚（PVC）、聚氨酯（PU）,、橡膠等,。PTFE建筑膜材PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上涂以聚四樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能,，有優(yōu)良的抗紫外線,、抗老化性能和阻燃性能。另外,，其防污自潔性是所有建筑膜材中的,，但柔韌性差，施工較困難,，成本也十分驚人,。一些公司共同開發(fā)性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中,，使織物兩面皆有均勻的特氟隆,，使性的PTFE膜正式誕生。此后性膜結構正式在美國風行，許多學者對膜結構進行了深入的研究,。20年后跟蹤檢測結果表明,，這種膜材的力學性能與化學穩(wěn)定性指標只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變,，膜的表層光滑,，具有彈性，大氣中的灰塵,、化學物質(zhì)微粒極難附著與滲透,，經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景,。 目前國外對這種膜材的開發(fā)和應用比較成熟,，生產(chǎn)廠家也很多。玻纖PVC建筑膜材這種膜材開發(fā)和應用得比較早,，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點上的厚度不能少于0.2mm,，一般涂層不會太厚，達到使用要求即可,。為提高PVC本身耐老化性能,，涂層時常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑,，淺色透明產(chǎn)品宜加一定量的紫外吸收劑,，深色產(chǎn)品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法,，可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧,，用云母或石英來防止表面發(fā)粘和沾污。玻纖有機硅樹脂建筑膜材有機硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫,、拒水,、抗氧化等特點，該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量,，另外還具有良好的透光性,。Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的，目前這種膜材應用的不多,，生產(chǎn)廠家也較少,。張拉膜張拉膜玻纖合成橡膠建筑膜材合成橡膠（如丁腈橡膠，氯丁橡膠）韌性好,，對陽光,、臭氧、熱老化穩(wěn)定,，具有突出的耐磨損性,、耐化學性和阻燃性,，可達到半透明狀態(tài)，但由于容易發(fā)黃,，故一般用于深色涂層,。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材,。由于它的造價太高,，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材,，目前國外的生產(chǎn)廠家也不多,。ETFE建筑膜材由ETFE（-四共聚物）生料直接制成,。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能,、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學腐蝕性,，而且機械強度高,，加工性能好。近年來,，ETFE膜材的應用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢和市場前景,。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”,，質(zhì)量輕,，只有同等大小玻璃的1%；韌性好,、抗拉強度高,、不易被撕裂，延展性大于400%,；耐候性和耐化學腐蝕性強,，熔融溫度高達200℃；可有效的利用自然光,，節(jié)約能源,；良好的聲學性能。自清潔功能使表面不易沾污,，且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物,，清潔周期大約為5年。另外,，ETFE膜可在現(xiàn)成預制成薄膜氣泡,，方便施工和維修。ETFE也有不足,，如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣,，維護費用高等，但是隨著大型體育館、游客場所,、候機大廳等的建設,，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。目前生產(chǎn)這種膜材的公司很少,，只有少數(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材,，這種膜材的研發(fā)和應用在國外發(fā)達國家也不過十幾年的歷史。包括內(nèi)容1,，初始態(tài)分析：確保生成形狀穩(wěn)定,、應力分布均勻的三維平衡曲面，并能夠抵抗各種可能的荷載工況,；這是一個反復修正的過程,。2，荷載態(tài)分析：張拉膜結構自身重量很輕,，僅為鋼結構的1/5,，混凝土結構的1/40；因此膜結構對地震力有良好的適應性,，而對風的作用較為敏感,。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少,，故對膜結構的設計通常采用安全系數(shù)法,。張拉膜張拉膜3，主要結構構件尺寸的確定,，及對支承結構的有限元分析,。當支承結構的設計方法與膜結構不同時，應注意不同設計方法間的系數(shù)轉換,。4,，連接設計：包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸,。5,，剪裁設計：這一過程應具備必要的試驗數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）,。膜結構在方案階段需要考慮的問題有：1,，預張力的大小及張拉方式；2,，根據(jù)控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式,；3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水（雪）,；4,，關鍵節(jié)點的設計,，以避免應力集中；5,，考慮膜材的運輸和吊裝,；6，耐久性與防火考慮,。在膜結構設計階段所要考慮的要點有：1,，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果,；2,，細化支承結構，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀,；3,，簡化膜與支承結構間的連接節(jié)點，降低現(xiàn)場施工量,。膜結構研究的主要問題有：1,，找形（Form-finding）或更進一步叫“形態(tài)理論”；2,，考慮膜材松弛和各向異性下的結構響應；3,，結構在風荷載作用下的動力穩(wěn)定性,；4，裁剪優(yōu)化,；5,，膜與索及支承結構間的相互作用。發(fā)展方向膜結構是建筑結構中發(fā)展起來的一種形式,，它以性能優(yōu)良的織物為材料,，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面,，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結構將面繃緊,，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系,。自從1970年代以來,， 膜結構在國外已逐漸應用于體育建筑、商場,、展覽中心,、交通服務設施等大跨度建筑中。 膜結構已成為結構設計選型中的一個主要方案,。成為化纖紡織品應用的一個重要領域,。

　　一,、膜結構采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，用分項系數(shù)的設計表達式進行計算,。

　　二,、膜結構應根據(jù)建筑物的性質(zhì)和等級、使用年限,、使用功能,、結構跨度、防火要求,、地區(qū)自然條件及膜材的耐用年限等要求進行膜材選用,。

　　三、膜結構的設計應根據(jù)荷載,、支承條件,、制作加工、施工工況及其它特殊條件進行,。

　　四,、膜結構的設計內(nèi)容包括形狀設計、荷載分析,、裁剪設計,、配件設計、支承結構設計,。

　　五,、對膜結構的形狀設計、荷載分析,、裁剪設計,，應在考慮施工過程的基礎上進行一體化的設計。

　　六,、膜材只能承受拉力,，不能承受壓力和彎矩。

　　七,、膜面的主應力應小于膜材的強度設計值,，在荷載長期作用下，最小主應力應大于等于維持其初始平衡形狀的應力值,。

　　八,、膜結構一體化設計時，應考慮膜材的松弛,、徐變,、老化。

　　九,、膜結構設計時,，應考慮使用階段膜材替換對整體結構的影響,。

　　十、膜結構設計應考慮膜材破壞時,，支承結構仍應保持自身的強度,、剛度及穩(wěn)定性。

　　膜材分類編輯

　　膜材分類

　　目前建筑膜材廣泛認可的標準是日本JISA-93所規(guī)定的A,、B,、C三類，是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來劃分的,。

　　A類

　　A類,，以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成；

　　B類

　　B類次之,，以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成,；

　　C類

　　C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸）織物為基材涂PVC而成,。按涂層材料分,，有聚四（PTFE）、聚偏（PVDF）,、聚（PVF）,、聚（PVC）、聚氨酯

　　1.張拉膜結構作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨特的形態(tài)及膜材本身的性能,。恰由于此,，用膜結構可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)建筑體系無法實現(xiàn)的設計方案。1,、 輕質(zhì)：張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態(tài)而非材料來保持結構的穩(wěn)定性。從而使其自重比傳統(tǒng)建筑結構的小得多,，但卻具有良好的穩(wěn)定性,。建筑師可以利用其輕質(zhì)大跨的特點設計和組織結構細部構件，將其輕盈和穩(wěn)定的結構特性有機地統(tǒng)一起來,。2,、 透光性：透光性是現(xiàn)代膜結構最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度,，這對于建筑節(jié)能十分重要,。對于一些要求光照多且亮度高的商業(yè)建筑等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用,，膜材透光性可為建筑設計提供更大的美學創(chuàng)作空間,。夜晚，透光性將膜結構變成了光的雕塑,。膜材透光性是由它的基層纖維,、涂層及其顏色所決定的,。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間，有的膜材的光譜透射比可以達到40%,，而有的膜材則是不透光的,。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過涂層的顏色或是面層顏色來調(diào)節(jié)。通過膜材和透光保溫材料的適當組合,，可以使含保溫層的多層膜具有透光性,。即使光譜透射只有幾個百分點，膜屋面對于人眼來說依然是發(fā)亮和透光的,，具有輕型屋面的觀感,。3、柔性：張拉膜結構不是剛性的,，其在風荷載或雪荷載的作用下會產(chǎn)生變形,。膜結構通過變形來適應外荷載，在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小,，直至能更有效抵抗該荷載,。張拉結構的靈活性使其可以產(chǎn)生很大的位移而不發(fā)生性變形。膜材的彈性性能和預應力水平?jīng)Q定了膜結構的變形和反應,。適應自然的柔性特點可以激發(fā)人們的建筑設計靈感,。不同的膜材的柔性程序也不相同，有的膜材柔韌性,，不會因折疊而產(chǎn)生脆裂或是破損,，這樣的材料是有效實現(xiàn)可移動、可展開結構的基礎和前提,。4,、 雕塑感：張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通過張力達到自平衡,。負高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間,。無論室內(nèi)還是室外這種雕塑般的質(zhì)感都令人激動。張拉膜結構可使建筑師設計出各種張力自平衡,、復雜且生動的空間形式,。在一天內(nèi)隨著光線的變化，雕塑般的膜結構通過光與影而呈現(xiàn)出不同的形態(tài),。日出和日落時,，低入射角度的光線將突現(xiàn)屋頂?shù)那�率和浮雕效果，太陽位于遠地點時,，膜結構的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子,。利用膜材的透光性和反射性，經(jīng)過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑,。5,、 安全性：按照現(xiàn)有的各國規(guī)范和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性,。輕型結構在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩(wěn)定性。由于輕型結構自重較輕,，即使發(fā)生意外坍塌,，其危險性也較傳統(tǒng)建筑結構小。膜結構發(fā)生撕裂時,，若結構布置能保證桅桿,、梁等剛性支承構件不發(fā)生坍塌，其危險性會更小,。膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態(tài)承載,。當然，結構的布置和形狀要根據(jù)荷載情況來進行設計和調(diào)整,。設計要確何膜面與其輔助結構協(xié)調(diào)工作,，以避免力在膜面或輔助結構上集中而達結構破壞的臨界值。大跨度建筑及作為其核心的空間結構技術的發(fā)展狀況是代表一個國家建筑科技水平的重要標志之一,。本文就空間網(wǎng)格結構和張力結構兩大類介紹了國內(nèi)外（但主要是國外）空間結構的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,。對這一領域幾個重要理論問題，包括空間結構的形態(tài)分析理論,、大跨柔性屬蓋的動力風效應,、網(wǎng)殼結構的穩(wěn)定性和抗震性能等問題的研究提出了看法。 一,、概 述 在這實際的三維世界里,，任何結構物本質(zhì)上都是空間性質(zhì)的，只不過出于簡化設計和建造的目的,，人們在許多場合把它們分解成一片片平面結構來進行構造和計算,。與此同時，無法進行簡單分解的真正意義上的空間體系也始終沒有停止其自身的發(fā)展,，而且日益顯示出一般平面結構無法比擬的豐富多彩和創(chuàng)造潛力,，體現(xiàn)出大自然的美麗和神奇�,？臻g結構的工作性能不僅僅表現(xiàn)在三維受力，而且還由于它們通過合理的曲面形體來有效抵抗外荷載的作用,。當跨度增大時,，空間結構就愈能顯示出它們優(yōu)異的技術經(jīng)濟性能。事實上,，當跨度達到一定程度后,，一般平面結構往往已難于成為合理的選擇。從國內(nèi)外工程實踐來看,，大跨度建筑多數(shù)采用各種形式的空間結構體系,。 近二十余年來,，各種類型的大跨空間結構在美、日,、歐等發(fā)達國家發(fā)展很快,。建筑物的跨度和規(guī)模越來越大，目前,，尺度達150m以上的超大規(guī)模建筑已非個別,；結構形式豐富多彩，采用了許多新材料和新技術,，發(fā)展了許多新的空間結構形式,。例如1975年建成的美國新奧爾良"超級穹頂"（Superdome），直徑207m,，現(xiàn)在這一地位已被1993年建成夏徑為222m的日本福岡體育館所取代,，但后者更的特點是它的可開合性：它的球形屋蓋由三塊可旋轉的扇形網(wǎng)殼組成，扇形沿圓周導軌移動,，體育館即可呈全封閉,、開啟1／3或開啟2／3等不同狀態(tài)。1983年建成的加拿大卡爾加里體育館采用雙曲拋物面索網(wǎng)屋蓋,，其圓形平面直徑135m,，它是為1988年冬季修建的，外形極為美觀,。70年代以來,，由于結構使用織物材料的改進，膜結構或索-膜結構（用索加強的膜結構）獲得了發(fā)展,，美國建造了許多規(guī)模很大的氣承式索-膜結構,；1988年東京建成的"后樂園"棒球館，也采用這種結構技術尤為先進,，其近似圓形平面的直徑為204m,；美國亞特蘭大為1996年修建的"佐治亞穹頂"（Geogia Dome，1992年建成）采用新穎的整體張拉式索一膜結構,，其準橢圓形平面的輪廓尺寸達192mX241m,。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當?shù)氐南笳餍詷酥竞偷娜宋木坝^。 由于經(jīng)濟和文化發(fā)展的需要,，人們還在不斷追求覆蓋更大的空間,，例如有人設想將整個街區(qū)、整個廣場,、甚至整個山谷覆蓋起來形成一個可人工控制氣候的人聚環(huán)境或休閑環(huán)境,；為了發(fā)掘和保護古代陵墓和重要古跡，也有人設想采用超大跨度結構物將其覆蓋起來形成封閉的環(huán)境。目前某些發(fā)達國家正在進行尺度為300m以上的超大跨度空間結構的設計方案探討,。 可以這樣說,，大跨空間結構是最近三十多年來發(fā)展最快的結構形式。國際《空間結構》雜志主編馬考夫斯基（Z.S.Makowski）說：在60年代"空間結構還被認為是一種興趣但仍屬陌生的非傳統(tǒng)結構,，然而今天已被全世界廣泛接受,。"從今天來看，大跨度和超大跨度建筑物及作為其核心的空間結構技術的發(fā)展狀況已成為代表一個國家建筑科技水平的重要標志之一,。 世界各國為大跨度空間結構的發(fā)展投入了大量的研究經(jīng)費,。例如，早在20年前美國土木工程學會曾組織了為期 10年的空間結構研究計劃,，投入經(jīng)費 1550萬美元,。同一時期，西德由斯圖加特大學主持組織了一個"大跨度空間結構綜合研究計劃",，每年研究經(jīng)費100萬馬克以上,。這些研究工作為各國大跨度建筑的蓬勃發(fā)展奠定了堅實的理論基礎和技術條件。國際殼體和空間結構學會（IASS）每年定期舉行年會和各種學術交流活動,，是目前的學術團體之一,。 我國大跨度空間結構的基礎原來比較薄弱，但隨著國家經(jīng)濟實力的增強和社會發(fā)展的需要,，近十余年來也取得了比較迅猛的發(fā)展,。工程實踐的數(shù)量較多，空間結構的類型和形式逐漸趨向多樣化,，相應的理論研究和設計技術也逐步完善,。以北京（1990）、哈爾濱冬季（1996）,、上海八運會（1997）的許多體育建筑為代表的一系列大跨空間結構--作為我國建筑科技進步的某種象征在國內(nèi)外都取得了一定影響,。