近年來在中國建筑 結(jié)構(gòu)中也有長足的進(jìn)展,。 大阪萬國博覽會中的美國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),，大阪萬國博覽會的展覽館標(biāo)志著 膜結(jié)構(gòu)時(shí)代的開始,。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,。 從跨度來說,美國的"銀色穹頂"氣承式空氣 膜結(jié)構(gòu)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(jī)場候機(jī)大廳的懸掛膜結(jié)構(gòu)占地42萬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，國外媒體表現(xiàn)出了對中國建筑設(shè)計(jì)前所未有的關(guān)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(jī)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(dāng)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,�,！爸袊�正逐步成為��(dāng)今有創(chuàng)意性建筑和工程設(shè)計(jì)的舞臺�,！敝袊�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,。報(bào)道首先分析了中國新建筑崛起的經(jīng)濟(jì)原因和外部環(huán)境。文章說,，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等將很快一一落戶中國,。文章列舉評選結(jié)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(dāng)然地進(jìn)入了“”之列,。 從對它們的評價(jià)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(nèi)的水將由太陽能加熱，泳池的雙重過濾裝置可實(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,，為讓北京主會場這個(gè)有著91000個(gè)座位的,、可能是至今的環(huán)保型體育場獲得自然通風(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(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,，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(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濾,，衛(wèi)生間循環(huán)利用,。（一）、前言為了迎接新世紀(jì)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(biāo)志性建筑而長久地存在。在全世界眾多的紀(jì)念性建筑中,，英國所建造的千年穹頂（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,，用它來迎接新世紀(jì),，的確是再恰當(dāng)不過了。 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)受力的定義來說,膜結(jié)構(gòu)始于1970年日本大阪博覽會上一座氣承式膜結(jié)構(gòu)的美國館,。當(dāng)初這不過是臨時(shí)性的展覽建筑，但30年來膜結(jié)構(gòu)卻經(jīng)歷了巨大的變化,。從膜結(jié)構(gòu)的跨度來看,，近似橢圓形的美國館，兩個(gè)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(jié)構(gòu),，跨度達(dá)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(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(jī)場候機(jī)大廳的傘形懸掛膜結(jié)構(gòu)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(hù)來往的朝圣者，正在分三期建設(shè)與吉大機(jī)場類似的膜結(jié)構(gòu),，總面積在100萬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Γ�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,，曲面存在著無限的可能性,。對于氣承式空氣膜結(jié)構(gòu)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(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(jié)構(gòu)就能用來達(dá)到這樣的目的,。例如1985年在日本茨城縣舉行的國際科學(xué)技術(shù)博覽會，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,，對建筑師說來是至關(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程中逐步形成的,，有一個(gè)形狀確定的問題,，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),。

　　膜結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(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,，簡潔,、明快、剛與柔,、力與美的組合,，給人耳目一新的感覺，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,，如體育場館的屋頂系統(tǒng),、機(jī)場大廳,、展覽中心,、購物中心,、停車場,、站臺設(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，白天陽光可以透過膜材形成慢射光,，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,。

　　⒉透光性：透光性是現(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(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(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(jié)構(gòu)不是剛性的,，其在風(fēng)荷載或雪荷載的作用下會產(chǎn)生變形,。膜結(jié)構(gòu)通過變形來適應(yīng)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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　　城市的交通樞紐是城市命脈的關(guān)鍵性建筑，使用功能要求建筑物各組張拉膜結(jié)構(gòu) 張拉膜結(jié)構(gòu)成單元的標(biāo)志明確,。因而近來年,，這類建筑越來越多采用膜結(jié)構(gòu)。建筑膜材料的使用壽命為25年以上,。 在使用期間,，在雪或風(fēng)荷載作用下均能保持材料的力學(xué)形態(tài)穩(wěn)定不變。建成於1973年的美國加州La Verne大學(xué)的學(xué)生活動(dòng)中心是已有23年歷史的張拉膜結(jié)構(gòu)建筑．跟蹤測試與材料的加載與加速氣候變化的試驗(yàn),，證明它的膜材料的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)下降了20%至30%,，但仍可正常使用,。膜的表層光滑，具有彈性,，大氣中的灰塵,、化學(xué)物質(zhì)的微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水的沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性,。 張拉整體結(jié)構(gòu)（Tensegrity）是由一組連續(xù)的拉桿和連續(xù)的或不連續(xù)的壓桿組合而成的自應(yīng)力,、自支撐的網(wǎng)狀桿系結(jié)構(gòu)，其中「不連續(xù)的壓桿」的含義是壓桿的端部互不接觸,，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)上只連接一個(gè)壓桿,。 Tensegrity是美國建筑師 R.B.Fuller首先提出的一種結(jié)構(gòu)思想，他認(rèn)為宇宙的運(yùn)行就是按照張拉整體的原理進(jìn)行的,，即萬有引力是一個(gè)平衡的張力網(wǎng),，各個(gè)星球是這個(gè)網(wǎng)中的一個(gè)個(gè)獨(dú)立的孤立點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)體系中的索網(wǎng)就相當(dāng)於宇宙中的萬有引力,，獨(dú)立的受壓桿件相當(dāng)於宇宙中的星球,。概念設(shè)計(jì)編輯簡述 只有正確表達(dá)結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才有強(qiáng)大的說服力與表現(xiàn)力”這句話揭示了張拉膜結(jié)構(gòu)的精髓。對于張拉膜結(jié)構(gòu),，任何附加的支撐和修飾都是多余的,，其結(jié)構(gòu)本身就是造型；換句話說,，不符合結(jié)構(gòu)的造型是不可能的,，因?yàn)槟菢拥谋∧げ皇秋h動(dòng)的就是缺乏穩(wěn)定性的。張拉膜結(jié)構(gòu)的美就在于其“力”與“形”的完美結(jié)合,。 張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有：膜材,、索與支承結(jié)構(gòu)（桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件）,。膜材一種新興的建筑材料,，已被公認(rèn)為是繼磚、石,、混凝土,、鋼和木材之后的“第六種建筑材料”。膜材本身受壓不大,，抗彎也不是很好,，所以要使膜結(jié)構(gòu)正常工作就必須引入適當(dāng)?shù)念A(yù)張力。 此外,，要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個(gè)重要條件就是要形成互反曲面,。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了減小結(jié)構(gòu)的變形就必須增加結(jié)構(gòu)的抗力；而膜結(jié)構(gòu)是通過改變形狀來分散荷載,，從而獲得最小內(nèi)力增長的,。 當(dāng)膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時(shí),，可產(chǎn)生兩種回復(fù)力：一個(gè)是由幾何變形引起的；另一個(gè)是由材料應(yīng)變引起的,。 通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,，所以要使每一個(gè)膜片具有良好的剛度，就應(yīng)盡量形成負(fù)高斯曲面,，即沿對角方向分別形成“高點(diǎn)”和“低點(diǎn)”,。“高點(diǎn)”通常是由桅桿來提供的,，也許是由于這個(gè)原因,，有些文獻(xiàn)上也把張拉膜結(jié)構(gòu)叫做懸掛膜結(jié)構(gòu)（suspension membrane）。 索作為膜材的彈性邊界,，將膜材劃分為一系列膜片,，從而減小了膜材的自由支承長度，使薄膜表面更易形成較大的曲率,。 有文獻(xiàn)指出,，膜材的自由支承長度不宜超過15米，且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米,。此外,，索的另一個(gè)重要作用就是對桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐，從而保證不會因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌,。