膜結(jié)構(gòu)是20世紀中期發(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(shè)計師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間,。膜結(jié)構(gòu)具有強烈的時代感和代表性，是集建筑學,、結(jié)構(gòu)力學,、精細化工,、材料科學、計算機技術(shù)等為一體的多學科交叉應(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)計需要任意變化。結(jié)合整體環(huán)境,，建造出標志性的形象工程,，并且實用性強、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)建筑體系無法實現(xiàn)的設(shè)計方案,。
⒈輕質(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)大跨的特點設(shè)計和組織結(jié)構(gòu)細部構(gòu)件,，將其輕盈和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性有機地統(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)計提供更大的美學創(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。
�,、橙嵝裕簭埨そY(jié)構(gòu)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(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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近年來在中國建筑 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),。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(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志著 膜結(jié)構(gòu)時代的開始,。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,沙特阿拉伯吉大機場候機大廳的懸掛膜結(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,。 千年穹頂以其獨特的 膜結(jié)構(gòu),，顯示了當今建筑技術(shù)與材料科學的發(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(shè)計前所未有的關(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�,！爸袊鸩匠蔀楫斀裼袆�(chuàng)意性建筑和工程設(shè)計的舞臺,。”中國建筑事業(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(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(nèi)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(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)像一個泡沫，這種獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)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(shè)計建造的當代建筑藝術(shù)作品,。 北京“當代MOMA”的設(shè)計表明了環(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。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(jié)構(gòu),。正是這座穹頂集中體現(xiàn)了20世紀建筑技術(shù)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(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,。當初這不過是臨時性的展覽建筑,，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場候機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,，為了庇護來往的朝圣者,，正在分三期建設(shè)與吉大機場類似的膜結(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)，顯示了當今建筑技術(shù)與科學的發(fā)展水平,，也具有巨大的發(fā)展?jié)摿�,，在新的世紀中，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(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（有時還有索）與預(yù)應(yīng)力作用下的平衡位置,。在初步設(shè)計階段,，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)設(shè)計編輯一,、膜結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，用分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行計算,。 二,、膜結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑物的性質(zhì)和等級、使用年限,、使用功能,、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)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(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容包括形狀設(shè)計,、荷載分析、裁剪設(shè)計,、配件設(shè)計,、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計。 五,、對膜結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計,、荷載分析、裁剪設(shè)計,，應(yīng)在考慮施工過程的基礎(chǔ)上進行一體化的設(shè)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(yīng)力應(yīng)小于膜材的強度設(shè)計值,，在荷載長期作用下,，最小主應(yīng)力應(yīng)大于等于維持其初始平衡形狀的應(yīng)力值。 八,、膜結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計時,，應(yīng)考慮膜材的松弛、徐變,、老化,。 九、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計時,，應(yīng)考慮使用階段膜材替換對整體結(jié)構(gòu)的影響,。 十、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮膜材破壞時,，支承結(jié)構(gòu)仍應(yīng)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(jié)構(gòu)正式在美國風行,，許多學者對膜結(jié)構(gòu)進行了深入的研究,。20年后跟蹤檢測結(jié)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(fù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用的不多,，生產(chǎn)廠家也較少,。
