膜结构

膜结构是一种建筑与结构结合的结构体系，是采用高强度柔性薄膜材料与辅助结构通过一定方式使其内部产生一定的预张应力，并形成应力控制下的某种空间形状，作为覆盖结构或建筑物主体，并具有足够刚度以抵抗外部荷载作用的一种窄间结构类型。

膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构类型，它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的组合，给人耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。膜结构具有强烈的时代感和代表性，是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学、计算机技术等为一体的多学科交叉应用工程，具有很高的技术含量和艺术感染力，其曲面可以随建筑师的设计需要任意变化。结合整体环境，建造出标志性的形象工程，并且实用性强、应用领域广泛。既可应用了大型公共设施，如体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览中心、购物中心、停车场、站台设施等。又可应用于休闲设施、工业设施、入口廊道以及标志性或景观性的建筑、小品等。 ^[1] 

(1)大跨度。膜结构自重轻、抗震性能好，可以不需要内部支承，克服了传统结构在大跨度（无支撑）建筑上实现所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡可视空间，有效增加空间使用面积。

(2)艺术性。膜结构突破了传统的建筑结构类型，以造型学、色彩学为依托，可结合自然条件，充分发挥建筑师的想象力，根据创意建造出传统建筑难以实现的曲线及各种造型，且色彩丰富，富有时代气息，体现结构构件受力之美。配合灯光易形成夜景，给人以现代美的享受。

(3)经济性。膜材料具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，节约能源；夜间彩灯透射可形成绚烂的景观。而且，膜结构能够拆卸，易于搬迁，特别是在建造短期应用的大跨度建筑时，更为经济。

(4)安全性。膜材料具有的阻燃性和耐高温性，能很好地满足防火要求；膜结构属柔性结构，能够承受很大的位移，不易整体倒塌；膜结构自重轻，抗震性能比较好。

(5)自洁性。膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，本身不发黏，落到膜材表面的灰尘可以靠雨水的自然冲洗而达到良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。

(6)工期短。膜片的裁剪、钢索及钢结构等的制作均在工厂完成，减少现场施工时间，可与下部钢筋混凝土结构或构件等同时进行，避免施工交叉，在施工现场只是钢索、钢结构及膜片的连接安装定位及张拉的过程，故现场施工安装、迅速快捷，相对传统建筑工程工期较短。

(7)适用广。从气候条件看，膜结构建筑适用的地域广阔；从规模上看，可以小到单人帐篷、花园小品，大到覆盖几万、几十万平方米的建筑。甚至有人曾设想覆盖一个小城，实现人造自然。 ^[1] 

(1)耐久性差。一般的膜材使用寿命为15～25年，与传统的混凝土及钢材相比有较大的差距，与“百年大计”的设计理念不同。

(2)隔热性差。如果强调透光性，只能用单层膜，隔热性就差，因而冬天冷、夏天热，需要空调。

(3)隔音效果较差。单层膜结构只能用于隔音要求不高的建筑。

(4)抵抗局部荷载能力差。屋面会在局部荷载作用下形成局部凹陷，造成雨水或雪的淤积，使屋盖在淤积处的荷载增加，可能导致屋盖撕裂(帐蓬结构)或翻转(充气结构)。

(5)充气结构还需要不停地送风，因此维护和管理特别重要。另外。气承式充气结构必须是密闭的空间，不宜开窗。

(6)环保问题。使用的膜材都是不可再生的，一旦达到使用年限，拆除的膜材便成为城市垃圾而无法处置，正在研制开发膜材的可回收利用，并已取得了一定的进展。 ^[2] 

在薄膜结构中，薄膜既是结构材料，又是建筑材料。作为结构材料，薄膜必须具有足够的强度，以承受由于自重、内压或预应力、风、雪等作用产生的拉力；作为建筑材料，它又必须具有防水、隔热、透光或阻光等建筑功能。膜材料作为膜结构的灵魂，它的发展与膜结构的技术密切相关、互相促进的。

膜的材料分为织物膜材和箔片两类。高强度箔片近几年才开始应用于结构。织物是由纤维平织或曲织生成的，织物膜材已有较长的应用历史。结构工程中的箔片都是由氟塑料制造的，它的优点在于有很高的透光性和出色的防老化性。 ^[2] 

膜结构建筑造型丰富多彩，千变万化，按照支承方式分为充气式膜结构、张拉膜结构和骨架支承膜结构。

1.骨架式膜结构

以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。

2.张拉式膜结构

以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安 定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结 构精神的构造形式. 大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求]高，结构性能强，且具丰 富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。

3.充气式膜结构

充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支 撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。 ^[2]