膜結構是20世紀中期發(fā)展起來的一種新型建筑結構類型,，它打破了純直線建筑風格的模式,，以其的優(yōu)美曲面造型，簡潔,、明快,、剛與柔、力與美的組合,，給人耳目一新的感覺,，同時給建筑設計師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。膜結構具有強烈的時代感和代表性,，是集建筑學,、結構力學、精細化工,、材料科學,、計算機技術等為一體的多學科交叉應用工程，具有很高的技術含量和藝術感染力,，其曲面可以隨建筑師的設計需要任意變化,。結合整體環(huán)境，建造出標志性的形象工程,，并且實用性強,、應用領域廣泛。既可應用了大型公共設施,，如體育場館的屋頂系統(tǒng),、機場大廳、展覽中心,、購物中心,、停車場、站臺設施等,。又可應用于休閑設施,、工業(yè)設施、入口廊道以及標志性或景觀性的建筑,、小品等,。由于膜材的光透性，白天陽光可以透過膜材形成慢射光,，使膜覆蓋空間內達到和室外幾乎一樣的自然效果,，因此膜結構能創(chuàng)造出與自然環(huán)境相媲美的空間形式。
索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,。
⒈輕質：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,。
⒉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,。
⒊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,。
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近年來在中國建筑 結構中也有長足的進展。 大阪萬國博覽會中的美國館采用了氣承式空氣 膜結構,。這個擬橢圓形,、軸線尺寸為 140m×83.5m的展覽館是世界上個大跨度的 膜結構，而且是采用了聚(PVC)涂層的玻璃纖維織物。 作為一種真正的現(xiàn)代工程結構,，大阪萬國博覽會的展覽館標志著 膜結構時代的開始,。自此以后， 膜結構在世界范圍內得到了迅猛的發(fā)展,。 從跨度來說,美國的"銀色穹頂"氣承式空氣 膜結構的平面有234.9m×183m,，開始采用聚四(PTFE)涂層的玻璃纖維織物，類似的大型體育館在北美就建了九座,。從面積來說,沙特阿拉伯吉大機場候機大廳的懸掛膜結構占地42萬m2,。 作為 膜結構一種新形式，索穹頂于1988年首先用在漢城的體操館與擊劍館,，其后又在一些體育建筑中得到推廣,。 千年穹頂以其獨特的 膜結構，顯示了當今建筑技術與材料科學的發(fā)展水平,。目前國內有好多廠家都能生產(chǎn)有PVC涂層聚酯織物,，但其性能尚未能完全達到建筑織物的要求，作為建筑用的性材料尚需進一步提高,。據(jù)悉最近有些公司正在試制有PVDF面層的聚酯織物和PTFE玻璃纖維織物,，外觀與性能都大有改進。 近一段時間來,，國外媒體表現(xiàn)出了對中國建筑設計前所未有的關注,。2005年12月23日的美國《》評選出了中國新建筑奇跡，包括北京奧體主會場,、國家游泳中心,、北京首都國際機場、上海世界中心,、國家大劇院,、中央電視臺、上海崇明東灘生態(tài)城,、當代MOMA,、長城腳下的公社、東海大橋(上海),。 其中地處北京的建筑就有七家之多,。“中國正逐步成為當今有創(chuàng)意性建筑和工程設計的舞臺,�,！敝袊ㄖ聵I(yè)的發(fā)展,正在為今日最建筑及工藝技術創(chuàng)造一個舞臺。報道首先分析了中國新建筑崛起的經(jīng)濟原因和外部環(huán)境,。文章說,，當全球矚目北京2008年時,，不單是世界上最快以及實力的運動員們正在為爭取榮譽而加緊努力,，新一代的創(chuàng)新建筑也正在北京的土地上拔地而起,。 由于蒸蒸日上的經(jīng)濟的強大支持,，世界上的航空港、有節(jié)能環(huán)保的建筑及世界上的室外觀光臺等將很快一一落戶中國,。文章列舉評選結果說,，2008年以前完工的國家游泳中心(水立方)、國家體育場(鳥巢),、國家大劇院等中國公眾十分熟悉的知名場館更理所當然地進入了“”之列,。 從對它們的評價與介紹中可以看到評選者對追求環(huán)保、自然的推崇,。比如被稱為“水立方”的國家游泳中心,，是節(jié)能環(huán)保型的建筑。游泳池內的水將由太陽能加熱,，泳池的雙重過濾裝置可實現(xiàn)水的再利用,，就連多余的雨水也將被收集和儲存在地下的水池中。 復雜的工程系統(tǒng)和彎曲的鋼結構使得外部結構像一個泡沫,，這種獨特的結構設計使得“水立方”幾乎經(jīng)得起任何地震的襲擊,。文章介紹“鳥巢”時寫道，為讓北京主會場這個有著91000個座位的,、可能是至今的環(huán)保型體育場獲得自然通風,，建筑師從自然中獲得了靈感，了一個未完全密封,，但同樣能為觀眾和運動員遮風擋雨的外殼,。 體育場的外觀猶如一個由枝條編織而成的鳥巢；而其內部,，從休息室到飯店,，每一個分開的空間都是一個獨立的單元,，從而使自然空氣的流通成為可能,。文章指出，作為全國流行色彩的城市,，北京吸引了很多知名建筑大師成就事業(yè),。入選的北京“長城腳下的公社”，是由12名亞洲杰出建筑師設計建造的當代建筑藝術作品,。 北京“當代MOMA”的設計表明了環(huán)保創(chuàng)新技術在住宅中應用和它所代表的建筑發(fā)展新趨勢,，堪稱大型可持續(xù)發(fā)展住宅建筑的典范。它采用世界上的地源熱泵系統(tǒng),，將用來幫助這個由第20層的咖啡館,、干洗店等系列服務設施連接起來的8幢建筑組成的小區(qū)，采用最為節(jié)能的方式保持恒濕恒溫，這是這座建筑的一大亮點,。住宅單元還有一大亮點,，就是可再利用廢水，將廚房和洗臉盆的廢水過濾,，衛(wèi)生間循環(huán)利用,。（一）、前言為了迎接新世紀的來臨,，人們試圖采用各種方式表示慶賀,，建造一座建筑物不但以其形體引人注目，而且將作為標志性建筑而長久地存在,。在全世界眾多的紀念性建筑中,，英國所建造的千年穹頂（Millennium Dome）尤為突出。當2000年子夜的鐘聲敲響時,在倫敦泰晤士河畔五彩繽紛焰火的照耀下,，千年穹頂以它銀白色的圓頂迎接新的年,。這座直徑 320m、以 12根高山100m的桅桿所支承的圓球形屋頂采用了張力膜結構,。正是這座穹頂集中體現(xiàn)了20世紀建筑技術的精華,，用它來迎接新世紀，的確是再恰當不過了,。 雖然人們喜歡從最廣泛的意義出發(fā),，把鐵木構架和帆布建成的大棚,甚至以枝條和獸皮搭成的帳篷都納入膜結構的范圍,但從嚴格的結構受力的定義來說,膜結構始于1970年日本大阪博覽會上一座氣承式膜結構的美國館。當初這不過是臨時性的展覽建筑,，但30年來膜結構卻經(jīng)歷了巨大的變化,。從膜結構的跨度來看，近似橢圓形的美國館,，兩個方向的跨度針別為 140m和 83.5m,。 以后東京后樂園的氣承式膜結構，跨度達201m,。而美國亞特蘭大的佐治亞穹頂,，以橢圓形的屋頂覆蓋了 240mxl92m的索膜結構。從當前的技術和材料條件看,，完全有可能用膜結構來修建 1000m的大跨度建筑,。從所覆蓋的面積來看，1981年沙特阿拉伯吉大機場候機大廳的傘形懸掛膜結構的占地42萬m2,，已令人嘆為觀止,。而如今在沙特阿拉伯的米拿，為了庇護來往的朝圣者,，正在分三期建設與吉大機場類似的膜結構,，總面積在100萬m2以上,，堪稱 帳篷之城。膜結構作為一種現(xiàn)代化的工程結構,，顯示了當今建筑技術與科學的發(fā)展水平,，也具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ谛碌氖兰o中,，膜結構必將在建筑結構中占有重要的地位,。（二）、不定的形狀與形狀的確定膜結構的突出特點之一就是它形狀的多樣性,，曲面存在著無限的可能性,。對于氣承式空氣膜結構來說，充氣之后的曲面主要是圓球面或圓柱面,，可能沒有太多的選擇余地,。而對于以索或骨架支承的膜結構，其曲面就可以隨著建筑師的想象力而任意變化,。膜結構形狀的千變萬化突出地表現(xiàn)在歷年各國舉行的博覽會上,。在這些博覽會上，大大小小的展覽館,，無不以新穎奇特的造型來吸引觀眾,，而膜結構就能用來達到這樣的目的。例如1985年在日本茨城縣舉行的國際科學技術博覽會,，入口就是以五顏六色的膜材構成的拱形大門,。 在眾多的展覽館中膜結構尤為奪目，像火鳥館以鋼梁與索組成的骨架支承扁平的凹凸屋面,。美國館以高聳的桅桿懸掛銀白色的屋面,。電力館以中央塔架懸吊25個尖頂帳篷，夜晚通過燈光的反射宛如燃燒的火焰,。其他象在候車亭,、電話亭、走廊,、廁所上也都出現(xiàn)了用膜材構成形式各異的建筑小品,，蔚為大觀。 就形狀而言,，對建筑師說來是至關重要的,。采用一般結構的建筑物,，其形狀往往是先由建筑師確定,。膜結構則不同，首先它的變形比一般結構要大一些,，其次它的形狀是在施工過程中逐步形成的,，有一個形狀確定的問題,，需要結構工程師的參與。 要確定在初始荷載下結構的初始形狀,，即結構體系在膜自重（有時還有索）與預應力作用下的平衡位置,。在初步設計階段，先按建筑要求設定大致的幾何外形,，然后對膜面施加預應力使之承受張力,，其形狀也相應改變，經(jīng)過不斷調整預應力,，就可得到理想的幾何外形和應力分布狀態(tài),。
膜結構缺點編輯(1)耐久性差。一般的膜材使用壽命為15～25年,，與傳統(tǒng)的混凝土及鋼材相比有較大的差距,，與“百年大計”的設計理念不同。(2)隔熱性差,。如果強調透光性,，只能用單層膜，隔熱性就差,，因而冬天冷,、夏天熱，需要空調,。(3)隔音效果較差,。單層膜結構只能用于隔音要求不高的建筑。(4)抵抗局部荷載能力差,。屋面會在局部荷載作用下形成局部凹陷,，造成雨水或雪的淤積，使屋蓋在淤積處的荷載增加,，可能導致屋蓋撕裂(帳蓬結構)或翻轉(充氣結構),。(5)充氣結構還需要不停地送風，因此維護和管理特別重要,。另外,。氣承式充氣結構必須是密閉的空間，不宜開窗,。(6)環(huán)保問題,。使用的膜材都是的，一旦達到使用年限,，拆除的膜材便成為城市垃圾而無法處置,，正在研制開發(fā)膜材的可回收利用，并已取得了一定的進展,。膜材編輯在薄膜結構中,，薄膜既是結構材料,，又是建筑材料。作為結構材料,，薄膜必須具有足夠的強度,，以承受由于自重、內壓或預應力,、風,、雪等作用產(chǎn)生的拉力；作為建筑材料,，它又必須具有防水,、隔熱、透光或阻光等建筑功能,。膜材料作為膜結構的靈魂,，它的發(fā)展與膜結構的技術密切相關、互相促進的,。膜的材料分為織物膜材和箔片兩類,。高強度箔片近幾年才開始應用于結構�,？椢锸怯衫w維平織或曲織生成的,，織物膜材已有較長的應用歷史。結構工程中的箔片都是由氟塑料制造的,，它的優(yōu)點在于有很高的透光性和出色的防老化性,。 膜結構建筑造型豐富多彩，千變萬化,，按照支承方式分為充氣式膜結構,、張拉膜結構和骨架支承膜結構。1.骨架式膜結構以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架,，在其上方張拉膜材的構造形式,，下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純,，開口部不易受限制,，且經(jīng)濟效益高等特點，廣泛適用于任何大,，小規(guī)模的空間,。2.張拉式膜結構以膜材、鋼索及支柱構成,，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式,。除了可實踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是最能展現(xiàn)膜結 構精神的構造形式. 大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式,。因施工精度要求]高，結構性能強,，且具豐 富的表現(xiàn)力,，所以造價略高于骨架式膜結構。3.充氣式膜結構充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊,，利用送風系統(tǒng)讓室內氣壓上升到一定壓力后,，使屋頂內外產(chǎn)生壓力差，以抵抗外力,，因利用氣壓來支 撐,，及鋼索作為輔助材，無需任何梁,，柱支撐,，可得更大的空間，施工快捷,，經(jīng)濟效益高,，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續(xù)運行及機器維護費用的成本上較高,。結構是由多種高強薄膜材料及加強構件(鋼架,、鋼柱或鋼索)通過一定方式使其內部產(chǎn)生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結構,并能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。膜結構特點膜結構車棚的篷布采用PVC/PVDF/PTFE/ETFE,，而膜材的特點是強度高,、耐久性好、防火難燃,、自潔性好,，不受紫外線影響，使用壽命長,，一般15-30年,。具有高透光率，透光率為13%,對熱能反射率73%,，熱吸收量很少,。正是因為這種劃時代的膜材料的發(fā)明，使膜結構車棚成為現(xiàn)代化的建筑.
