膜結構是20世紀中期發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、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，因此膜結構能創造出與自然環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及膜材本身的性能。恰由于此，用膜結構可以創造出傳統建筑體系無法實現的設計方案。

　　⒈輕質：張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建筑結構的小得多，但卻具有良好的穩定性，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，將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。

　　⒉透光性：透光性是現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，這對于建筑節能十分重要。對于一些要求光照多且亮度高的商業建筑等尤為重要。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。

　　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展水平。目前國內有好多廠家都能生產有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意性建筑和工程設計的舞臺。”中國建筑事業的發展,正在為今日最建筑及工藝技術創造一個舞臺。報道首先分析了中國新建筑崛起的經濟原因和外部環境。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,，新一代的創新建筑也正在北京的土地上拔地而起。 由于蒸蒸日上的經濟的強大支持，世界上的航空港、有節能環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保、自然的推崇。比如被稱為“水立方”的國家游泳中心，是節能環保型的建筑。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。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”的設計表明了環保創新技術在住宅中應用和它所代表的建筑發展新趨勢，堪稱大型可持續發展住宅建筑的典范。它采用世界上的地源熱泵系統，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，采用最為節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，衛生間循環利用。（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，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。膜結構作為一種現代化的工程結構，顯示了當今建筑技術與科學的發展水平，也具有巨大的發展潛力，在新的世紀中，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。

　　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，對陽光、臭氧、熱老化穩定，具有突出的耐磨損性、耐化學性和阻燃性，可達到半透明狀態，但由于容易發黃，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脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，目前國外的生產廠家也不多。ETFE建筑膜材由ETFE（-四共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優良的抗沖擊性能、電性能、熱穩定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。近年來，ETFE膜材的應用在很多方面可以取代其他產品而表現出強大的優勢和市場前景。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”，質量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃；可有效的利用自然光，節約能源；良好的聲學性能。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膜可在現成預制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環境容易損壞材料而造成漏氣，維護費用高等，但是隨著大型體育館、游客場所、候機大廳等的建設，ETFE更突顯自己的優勢。目前生產這種膜材的公司很少，只有少數幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發和應用在國外發達國家也不過十幾年的歷史。包括內容1，初始態分析：確保生成形狀穩定、應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；這是一個反復修正的過程。2，荷載態分析：張拉膜結構自身重量很輕，僅為鋼結構的1/5，混凝土結構的1/40；因此膜結構對地震力有良好的適應性，而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對膜結構的設計通常采用安全系數法。3，主要結構構件尺寸的確定，及對支承結構的有限元分析。當支承結構的設計方法與膜結構不同時，應注意不同設計方法間的系數轉換。4，連接設計：包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。5，剪裁設計：這一過程應具備必要的試驗數據，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）。膜結構在方案階段需要考慮的問題有：1，預張力的大小及張拉方式；2，根據控制荷載來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，關鍵節點的設計，以避免應力集中；5，考慮膜材的運輸和吊裝；6，耐久性與防火考慮。在膜結構設計階段所要考慮的要點有：1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果；2，細化支承結構，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀；3，簡化膜與支承結構間的連接節點，降低現場施工量。膜結構研究的主要問題有：1，找形（Form-finding）或更進一步叫“形態理論”；2，考慮膜材松弛和各向異性下的結構響應；3，結構在風荷載作用下的動力穩定性；4，裁剪優化；5，膜與索及支承結構間的相互作用。發展方向膜結構是建筑結構中發展起來的一種形式，它以性能優良的織物為材料，或是向膜內充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結構將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系。自從1970年代以來， 膜結構在國外已逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中。 膜結構已成為結構設計選型中的一個主要方案。成為化纖紡織品應用的一個重要領域。