膜結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的一種新型建筑結(jié)構(gòu)類型,，它打破了純直線建筑風(fēng)格的模式，以其的優(yōu)美曲面造型,，簡(jiǎn)潔、明快,、剛與柔,、力與美的組合，給人耳目一新的感覺(jué),，同時(shí)給建筑設(shè)計(jì)師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間,。膜結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的時(shí)代感和代表性，是集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué),、精細(xì)化工,、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的多學(xué)科交叉應(yīng)用工程,，具有很高的技術(shù)含量和藝術(shù)感染力,，其曲面可以隨建筑師的設(shè)計(jì)需要任意變化。結(jié)合整體環(huán)境,，建造出標(biāo)志性的形象工程,，并且實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,。既可應(yīng)用了大型公共設(shè)施,，如體育場(chǎng)館的屋頂系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)大廳,、展覽中心,、購(gòu)物中心、停車場(chǎng),、站臺(tái)設(shè)施等,。又可應(yīng)用于休閑設(shè)施、工業(yè)設(shè)施,、入口廊道以及標(biāo)志性或景觀性的建筑,、小品等。由于膜材的光透性,，白天陽(yáng)光可以透過(guò)膜材形成慢射光,，使膜覆蓋空間內(nèi)達(dá)到和室外幾乎一樣的自然效果，因此膜結(jié)構(gòu)能創(chuàng)造出與自然環(huán)境相媲美的空間形式,。

　　索膜結(jié)構(gòu)作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨(dú)特的形態(tài)及膜材本身的性能,。恰由于此，用膜結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)造出傳統(tǒng)建筑體系無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案,。

　�,、陛p質(zhì)：張力結(jié)構(gòu)自重小的原因在于它依靠預(yù)應(yīng)力形態(tài)而非材料來(lái)保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。從而使其自重比傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)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(diǎn)設(shè)計(jì)和組織結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)件，將其輕盈和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái),。

　�,、餐腹庑裕和腹庑允乾F(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)最被廣泛認(rèn)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(duì)于建筑節(jié)能十分重要,。對(duì)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(guò)自然采光與人工采光的綜合利用，膜材透光性可為建筑設(shè)計(jì)提供更大的美學(xué)創(chuàng)作空間,。夜晚,，透光性將膜結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)到40%,，而有的膜材則是不透光的,。膜材的透光性及對(duì)光色的選擇可以通過(guò)涂層的顏色或是面層顏色來(lái)調(diào)節(jié)。

　　通過(guò)膜材和透光保溫材料的適當(dāng)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(gè)百分點(diǎn)，膜屋面對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)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(jié)構(gòu)不是剛性的,，其在風(fēng)荷載或雪荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生變形,。膜結(jié)構(gòu)通過(guò)變形來(lái)適應(yīng)外荷載，在此過(guò)程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會(huì)減小,，直至能更有效抵抗該荷載,。

　　0

　　近年來(lái)在中國(guó)建筑 結(jié)構(gòu)中也有長(zhǎng)足的進(jìn)展。 大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)中的美國(guó)館采用了氣承式空氣 膜結(jié)構(gòu),。這個(gè)擬橢圓形,、軸線尺寸為 140m×83.5m的展覽館是世界上個(gè)大跨度的 膜結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu),，大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)的展覽館標(biāo)志著 膜結(jié)構(gòu)時(shí)代的開(kāi)始。自此以后,， 膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展,。 從跨度來(lái)說(shuō),美國(guó)的"銀色穹頂"氣承式空氣 膜結(jié)構(gòu)的平面有234.9m×183m，開(kāi)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(lái)說(shuō),沙特阿拉伯吉大機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳的懸掛膜結(jié)構(gòu)占地42萬(wàn)m2。 作為 膜結(jié)構(gòu)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(dú)特的 膜結(jié)構(gòu),，顯示了當(dāng)今建筑技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展水平,。目前國(guó)內(nèi)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(dá)到建筑織物的要求,，作為建筑用的性材料尚需進(jìn)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(jìn),。 近一段時(shí)間來(lái),，國(guó)外媒體表現(xiàn)出了對(duì)中國(guó)建筑設(shè)計(jì)前所未有的關(guān)注。2005年12月23日的美國(guó)《》評(píng)選出了中國(guó)新建筑奇跡,，包括北京奧體主會(huì)場(chǎng),、國(guó)家游泳中心、北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng),、上海世界中心,、國(guó)家大劇院、中央電視臺(tái),、上海崇明東灘生態(tài)城,、當(dāng)代MOMA、長(zhǎng)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�,！爸袊�(guó)正逐步成為當(dāng)今有創(chuàng)意性建筑和工程設(shè)計(jì)的舞臺(tái),。”中國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展,正在為今日最建筑及工藝技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)舞臺(tái),。報(bào)道首先分析了中國(guó)新建筑崛起的經(jīng)濟(jì)原因和外部環(huán)境,。文章說(shuō)，當(dāng)全球矚目北京2008年時(shí),，不單是世界上最快以及實(shí)力的運(yùn)動(dòng)員們正在為爭(zhēng)取榮譽(yù)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(jì)的強(qiáng)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(tái)等將很快一一落戶中國(guó)。文章列舉評(píng)選結(jié)果說(shuō),，2008年以前完工的國(guó)家游泳中心(水立方),、國(guó)家體育場(chǎng)(鳥巢)、國(guó)家大劇院等中國(guó)公眾十分熟悉的知名場(chǎng)館更理所當(dāng)然地進(jìn)入了“”之列,。 從對(duì)它們的評(píng)價(jià)與介紹中可以看到評(píng)選者對(duì)追求環(huán)保,、自然的推崇。比如被稱為“水立方”的國(guó)家游泳中心,，是節(jié)能環(huán)保型的建筑,。游泳池內(nèi)的水將由太陽(yáng)能加熱,，泳池的雙重過(guò)濾裝置可實(shí)現(xiàn)水的再利用，就連多余的雨水也將被收集和儲(chǔ)存在地下的水池中,。 復(fù)雜的工程系統(tǒng)和彎曲的鋼結(jié)構(gòu)使得外部結(jié)構(gòu)像一個(gè)泡沫,，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)寫道,，為讓北京主會(huì)場(chǎng)這個(gè)有著91000個(gè)座位的,、可能是至今的環(huán)保型體育場(chǎng)獲得自然通風(fēng)，建筑師從自然中獲得了靈感,，了一個(gè)未完全密封,，但同樣能為觀眾和運(yùn)動(dòng)員遮風(fēng)擋雨的外殼。 體育場(chǎng)的外觀猶如一個(gè)由枝條編織而成的鳥巢,；而其內(nèi)部,，從休息室到飯店，每一個(gè)分開(kāi)的空間都是一個(gè)獨(dú)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(guó)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(zhǎng)城腳下的公社”，是由12名亞洲杰出建筑師設(shè)計(jì)建造的當(dāng)代建筑藝術(shù)作品,。 北京“當(dāng)代MOMA”的設(shè)計(jì)表明了環(huán)保創(chuàng)新技術(shù)在住宅中應(yīng)用和它所代表的建筑發(fā)展新趨勢(shì),，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(lái)幫助這個(gè)由第20層的咖啡館,、干洗店等系列服務(wù)設(shè)施連接起來(lái)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(diǎn),。住宅單元還有一大亮點(diǎn)，就是可再利用廢水,，將廚房和洗臉盆的廢水過(guò)濾,，衛(wèi)生間循環(huán)利用。（一）,、前言為了迎接新世紀(jì)的來(lái)臨,，人們?cè)噲D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(biāo)志性建筑而長(zhǎng)久地存在,。在全世界眾多的紀(jì)念性建筑中，英國(guó)所建造的千年穹頂（Millennium Dome）尤為突出,。當(dāng)2000年子夜的鐘聲敲響時(shí),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(jié)構(gòu),。正是這座穹頂集中體現(xiàn)了20世紀(jì)建筑技術(shù)的精華,，用它來(lái)迎接新世紀(jì)，的確是再恰當(dāng)不過(guò)了,。 雖然人們喜歡從最廣泛的意義出發(fā)，把鐵木構(gòu)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(jié)構(gòu)的范圍,但從嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)受力的定義來(lái)說(shuō),膜結(jié)構(gòu)始于1970年日本大阪博覽會(huì)上一座氣承式膜結(jié)構(gòu)的美國(guó)館,。當(dāng)初這不過(guò)是臨時(shí)性的展覽建筑,，但30年來(lái)膜結(jié)構(gòu)卻經(jīng)歷了巨大的變化。從膜結(jié)構(gòu)的跨度來(lái)看,，近似橢圓形的美國(guó)館,，兩個(gè)方向的跨度針別為 140m和 83.5m。 以后東京后樂(lè)園的氣承式膜結(jié)構(gòu),，跨度達(dá)201m,。而美國(guó)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(jié)構(gòu),。從當(dāng)前的技術(shù)和材料條件看,，完全有可能用膜結(jié)構(gòu)來(lái)修建 1000m的大跨度建筑。從所覆蓋的面積來(lái)看,，1981年沙特阿拉伯吉大機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳的傘形懸掛膜結(jié)構(gòu)的占地42萬(wàn)m2,，已令人嘆為觀止。而如今在沙特阿拉伯的米拿,，為了庇護(hù)來(lái)往的朝圣者,，正在分三期建設(shè)與吉大機(jī)場(chǎng)類似的膜結(jié)構(gòu)，總面積在100萬(wàn)m2以上,，堪稱 帳篷之城,。膜結(jié)構(gòu)作為一種現(xiàn)代化的工程結(jié)構(gòu)，顯示了當(dāng)今建筑技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展水平,，也具有巨大的發(fā)展?jié)摿�,，在新的世紀(jì)中，膜結(jié)構(gòu)必將在建筑結(jié)構(gòu)中占有重要的地位,。（二）,、不定的形狀與形狀的確定膜結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)之一就是它形狀的多樣性，曲面存在著無(wú)限的可能性,。對(duì)于氣承式空氣膜結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),，充氣之后的曲面主要是圓球面或圓柱面，可能沒(méi)有太多的選擇余地,。而對(duì)于以索或骨架支承的膜結(jié)構(gòu),，其曲面就可以隨著建筑師的想象力而任意變化,。膜結(jié)構(gòu)形狀的千變?nèi)f化突出地表現(xiàn)在歷年各國(guó)舉行的博覽會(huì)上。在這些博覽會(huì)上,，大大小小的展覽館,，無(wú)不以新穎奇特的造型來(lái)吸引觀眾，而膜結(jié)構(gòu)就能用來(lái)達(dá)到這樣的目的,。例如1985年在日本茨城縣舉行的國(guó)際科學(xué)技術(shù)博覽會(huì),，入口就是以五顏六色的膜材構(gòu)成的拱形大門。 在眾多的展覽館中膜結(jié)構(gòu)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(guó)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(gè)尖頂帳篷,，夜晚通過(guò)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(gòu)成形式各異的建筑小品，蔚為大觀,。 就形狀而言,，對(duì)建筑師說(shuō)來(lái)是至關(guān)重要的。采用一般結(jié)構(gòu)的建筑物,，其形狀往往是先由建筑師確定,。膜結(jié)構(gòu)則不同，首先它的變形比一般結(jié)構(gòu)要大一些,，其次它的形狀是在施工過(guò)程中逐步形成的,，有一個(gè)形狀確定的問(wèn)題，需要結(jié)構(gòu)工程師的參與,。 要確定在初始荷載下結(jié)構(gòu)的初始形狀,，即結(jié)構(gòu)體系在膜自重（有時(shí)還有索）與預(yù)應(yīng)力作用下的平衡位置。在初步設(shè)計(jì)階段,，先按建筑要求設(shè)定大致的幾何外形,，然后對(duì)膜面施加預(yù)應(yīng)力使之承受張力，其形狀也相應(yīng)改變,，經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整預(yù)應(yīng)力,，就可得到理想的幾何外形和應(yīng)力分布狀態(tài)。

　　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(duì)陽(yáng)光、臭氧、熱老化穩(wěn)定,，具有突出的耐磨損性,、耐化學(xué)性和阻燃性，可達(dá)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(shù)脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材,。由于它的造價(jià)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(guó)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(xué)腐蝕性,，而且機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好,。近年來(lái),，ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景。這種膜材透光性特別好,，號(hào)稱“軟玻璃”,，質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%,；韌性好,、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂,，延展性大于400%,；耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，熔融溫度高達(dá)200℃,；可有效的利用自然光,，節(jié)約能源；良好的聲學(xué)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(yù)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(hù)費(fèi)用高等，但是隨著大型體育館,、游客場(chǎng)所,、候機(jī)大廳等的建設(shè)，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢(shì),。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(yīng)用在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家也不過(guò)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(yīng)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(gè)反復(fù)修正的過(guò)程。2,，荷載態(tài)分析：張拉膜結(jié)構(gòu)自身重量很輕,，僅為鋼結(jié)構(gòu)的1/5，混凝土結(jié)構(gòu)的1/40,；因此膜結(jié)構(gòu)對(duì)地震力有良好的適應(yīng)性,，而對(duì)風(fēng)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(cè)資料尚少,，故對(duì)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常采用安全系數(shù)法。3,，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定,，及對(duì)支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當(dāng)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與膜結(jié)構(gòu)不同時(shí),，應(yīng)注意不同設(shè)計(jì)方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換,。4，連接設(shè)計(jì)：包括螺栓,、焊縫和次要構(gòu)件尺寸,。5，剪裁設(shè)計(jì)：這一過(guò)程應(yīng)具備必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù),，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補(bǔ)償值（應(yīng)通過(guò)雙軸拉伸試驗(yàn)確定）,。膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問(wèn)題有：1，預(yù)張力的大小及張拉方式,；2,，根據(jù)控制荷載來(lái)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(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，以避免應(yīng)力集中,；5,，考慮膜材的運(yùn)輸和吊裝；6,，耐久性與防火考慮,。在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所要考慮的要點(diǎn)有：1，保證膜面有足夠的曲率,，以獲得較大的剛度和美學(xué)效果,；2，細(xì)化支承結(jié)構(gòu),，以充分表達(dá)透明的空間和輕巧的形狀,；3，簡(jiǎn)化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點(diǎn),，降低現(xiàn)場(chǎng)施工量,。膜結(jié)構(gòu)研究的主要問(wèn)題有：1，找形（Form-finding）或更進(jìn)一步叫“形態(tài)理論”,；2，考慮膜材松弛和各向異性下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),；3,，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力穩(wěn)定性；4,，裁剪優(yōu)化,；5，膜與索及支承結(jié)構(gòu)間的相互作用,。發(fā)展方向膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)展起來(lái)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系,。自從1970年代以來(lái)， 膜結(jié)構(gòu)在國(guó)外已逐漸應(yīng)用于體育建筑,、商場(chǎng),、展覽中心、交通服務(wù)設(shè)施等大跨度建筑中。 膜結(jié)構(gòu)已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型中的一個(gè)主要方案,。成為化纖紡織品應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域,。