膜结构的特点及其适用范围

21世纪的新兴建筑——膜结构建筑
膜结构简要介绍
膜结构又叫张拉膜结构（Tensioned Membrane structure）， 是以建筑织物，即膜材料为张拉主体，与支撑构件或拉索共同组成的结构体系，它以其新颖独特的建筑造型，良好的受力特点，成为大跨度空 间结构的主要形式之一。它是一种建筑与结构完美结合的结构体系。是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、能易于使用、安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、人口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。
膜材料介绍
膜材料是指以聚酯纤维基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂层，配以优质的PVC组成的具有稳定的形状，并可承受一定载荷的建筑纺织品。
膜结构建筑中最常用的膜材料有PTFE膜材料和PVDF膜材料两种。
1． PTFE膜材料是指在极细的玻璃纤维编织成的基布上涂覆PTFE（聚四氟乙烯）而形成的复合材料。PTFE膜材的最大特点是强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响，使用寿命在25年以上。具有高透光率，透光率为13%,对热能反射率73%，热吸收量很少。正是因为这种划时代的膜材料的发明，使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑。
2． PVDF膜材料是指在聚脂纤维编织的基布上涂覆PVC（聚氯乙烯）后再加版100%PVDF（聚偏氟乙烯）表面涂层而形成的复合材料。PVDF膜材由于自洁性良好、价位适中、运输安装方便，更广泛应用于各类建筑领域。它的寿命因不同的表面涂层而异，一般可达成12—50年。
膜结构发展历史
空间形态的多样性和绚丽多姿的夜景效果使膜结构在当今世界范围内的建筑环境设计中占有举足轻重的地位。从1955年膜结构的开拓者德国建筑师弗赖•奥托在德国联邦花园展示会上建造出第一座张拉膜结构至今不过短短47年时间。然而，正是在这近半个世纪里，随着建筑材料科学、计算机科学和施工技术的进步，膜结构建造技术得到了迅速的发展。早在20世纪七、八十年代，膜结构就已经在西方国家中被广泛应用。膜结构是艺术与技术完美结合的产物：充满张力自然曲线的空间膜体、高耸的桅杆、坚如射束的根根钢索、富于机械艺术表现魅力的钢制大型节点，都给人以别具一格的艺术感染力。膜结构的外形是由对其施加的预应力所决定的，不同的预应力将对应不同的外形。这样，膜结构的设计就打破了传统的"先建筑，后结构"的做法，要求建筑师要与结构工程师相互配合，共同确定膜结构的外形。膜结构使用的膜材是一种强度高、柔韧性好的高分子材料，具有其它常规膜材（如：极易粘附灰尘和降解老化的遮阳或帐篷用膜材）所无法比拟的诸多优点：轻质、柔韧、耐久、防火、透光性好、不易被污染。


膜结构建筑的特点
　 膜结构是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体，具有很高技术含量。其曲面可以随着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。

1.艺术性：充分发挥建筑师的想象力，又体现结构构件清晰受力之美。多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化，新颖美观，同时体现结构之美，且色彩丰富，可创造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。

2.经济性：由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，能很好地节约能源。同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1/30，这就降低了墙体和基础的造价。同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的“建筑可识性”和商业效应，其价格效益比更高。

3.大跨度：膜结构可以从根本克服传统结构在大跨度（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。

4.自洁性：膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。PTFE膜材和经过特殊表面处理的PVC膜材具有很好的自洁性能，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。

5.工期短：膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，可减少现场施工时间，避免出现施工交叉，相对传统建筑工程工期较短。

6．防火性能：如今广泛使用的膜材料能很好地满足对于防火的需求，具有卓越的阻燃和耐高温性能，达到法国、德国、美国、日本等多国标准。
膜结构建筑应用领域
现今，城市中已越来越多地可以见到膜结构的身影。膜结构已经被应用到各类建筑结构中，在我们的城市中充当着不可或缺的角色：

体育设施：体育场/体育馆/网球场/游泳馆/训练中心/健身中心等

商业设施：商场/游乐中心/酒店/餐厅/商业街等

文化设施：展览中心/剧院/表演中心/水族馆等

交通设施：飞机场/火车站/码头/停车场/天桥/加油站/收费站等

景观设施：标志性小品/广场标识/小区景观/步行街等

工业设施：工厂/仓库/污水处理中心/物流中心/温室等

膜结构建筑形式的分类
从结构上分可分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式

1.骨架式膜结构（Frame Supported Structure）
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（Tension Suspension Structure）
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. 近年来，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（Pneumatic Structure）
　　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。

膜结构发展前景
　膜结构建筑是伴随着当代电子、机械化工技术的发展而逐步形成的，是现代高科技在建筑领域中的体现。随着现代科技的进一步发展，使人类面临着保护自然环境的使命，因此，天然材料和传统的古老建筑材料与技术必将被轻而薄且保温隔热性能良好的高强轻质材料所代替。膜结构建筑技术在这项变革中将扮演重要角色，其在建筑领域内更广泛的应用是可以预见的。膜结构建筑所表达的“建筑语言特征”呈现在明显的“理性技术表现”倾向，高耸的桅杆、异型空间钢结构体系、坚如射束的根根钢索、富于机械艺术表现魅力的钢制大型节点、充满张力自然曲线的变换膜体以及其他技术可望而不可及的大跨度自由空间，都给人以艺术感染力和某种程度上的技术神秘感，使膜结构建筑更富于强调性技术逻辑的表现特征。建筑师从帐篷这一最古老的简单建筑出发，构造出了魔幻般的形式。它可以构成单曲面、多曲面等不同的结构形式，满足了建筑师对建筑学与美学高度统一的要求。膜材轻质高强善于营造飘逸的造型或大跨空间，使建筑师想像力得到极限的发挥。预应力膜材进一步改善材料的物理性能，材料尺寸持久稳定，膜结构建筑得以成为永久性建筑。膜建筑因其简洁、优美的曲面造型和卓越的光学、力学、保温、耐火、防水、自洁等性能被誉为二十一世纪的建筑。