膜結(jié)構(gòu)分類

膜結(jié)構(gòu)建筑造型豐富多彩，千變?nèi)f化，按照支承方式分為充氣式膜結(jié)構(gòu)、張拉膜結(jié)構(gòu)和骨架支承膜結(jié)構(gòu)。

1.骨架式膜結(jié)構(gòu)

以鋼構(gòu)或是集成材構(gòu)成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構(gòu)造形式，下部支撐結(jié)構(gòu)安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制，且經(jīng)濟效益高等特點，廣泛適用于任何大，小規(guī)模的空間。

2.張拉式膜結(jié)構(gòu) 以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成，利用鋼索與支柱在膜材中導(dǎo)入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是最能展現(xiàn)膜結(jié) 構(gòu)精神的構(gòu)造形式. 大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構(gòu)成鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高，結(jié)構(gòu)性能強，且具豐 富的表現(xiàn)力，所以造價略高于骨架式膜結(jié)構(gòu)。

3.充氣式膜結(jié)構(gòu)

充氣式膜結(jié)構(gòu)是將膜材固定于屋頂結(jié)構(gòu)周邊，利用送風(fēng)系統(tǒng)讓室內(nèi)氣壓上升到一定壓力后，使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓來支 撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁，柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經(jīng)濟效益高，但需維持進行24小時送風(fēng)機運轉(zhuǎn)，在持續(xù)運行及機器維護費用的成本上較高。

在薄膜結(jié)構(gòu)中，薄膜既是結(jié)構(gòu)材料，又是建筑材料。作為結(jié)構(gòu)材料，薄膜必須具有足夠的強度，以承受由于自重、內(nèi)壓或預(yù)應(yīng)力、風(fēng)、雪等作用產(chǎn)生的拉力；作為建筑材料，它又必須具有防水、隔熱、透光或阻光等建筑功能。膜材料作為膜結(jié)構(gòu)的靈魂，它的發(fā)展與膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)密切相關(guān)、互相促進的。

膜的材料分為織物膜材和箔片兩類。高強度箔片近幾年才開始應(yīng)用于結(jié)構(gòu)。織物是由纖維平織或曲織生成的，織物膜材已有較長的應(yīng)用歷史。結(jié)構(gòu)工程中的箔片都是由氟塑料制造的，它的優(yōu)點在于有很高的透光性和出色的防老化性。

(1)耐久性差。一般的膜材使用壽命為15～25年，與傳統(tǒng)的混凝土及鋼材相比有較大的差距，與“百年大計”的設(shè)計理念不同。

(2)隔熱性差。如果強調(diào)透光性，只能用單層膜，隔熱性就差，因而冬天冷、夏天熱，需要空調(diào)。

(3)隔音效果較差。單層膜結(jié)構(gòu)只能用于隔音要求不高的建筑。

(4)抵抗局部荷載能力差。屋面會在局部荷載作用下形成局部凹陷，造成雨水或雪的淤積，使屋蓋在淤積處的荷載增加，可能導(dǎo)致屋蓋撕裂(帳蓬結(jié)構(gòu))或翻轉(zhuǎn)(充氣結(jié)構(gòu))。

(5)充氣結(jié)構(gòu)還需要不停地送風(fēng)，因此維護和管理特別重要。另外。氣承式充氣結(jié)構(gòu)必須是密閉的空間，不宜開窗。

(6)環(huán)保問題。使用的膜材都是不可再生的，一旦達到使用年限，拆除的膜材便成為城市垃圾而無法處置，正在研制開發(fā)膜材的可回收利用，并已取得了一定的進展。

(1)大跨度。膜結(jié)構(gòu)自重輕、抗震性能好，可以不需要內(nèi)部支承，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度（無支撐）建筑上實現(xiàn)所遇到的困難，可創(chuàng)造巨大的無遮擋可視空間，有效增加空間使用面積。

(2)藝術(shù)性。膜結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)類型，以造型學(xué)、色彩學(xué)為依托，可結(jié)合自然條件，充分發(fā)揮建筑師的想象力，根據(jù)創(chuàng)意建造出傳統(tǒng)建筑難以實現(xiàn)的曲線及各種造型，且色彩豐富，富有時代氣息，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力之美。配合燈光易形成夜景，給人以現(xiàn)代美的享受。

(3)經(jīng)濟性。膜材料具有一定的透光率，白天可減少照明強度和時間，節(jié)約能源；夜間彩燈透射可形成絢爛的景觀。而且，膜結(jié)構(gòu)能夠拆卸，易于搬遷，特別是在建造短期應(yīng)用的大跨度建筑時，更為經(jīng)濟。

(4)安全性。膜材料具有的阻燃性和耐高溫性，能很好地滿足防火要求；膜結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)，能夠承受很大的位移，不易整體倒塌；膜結(jié)構(gòu)自重輕，抗震性能比較好。

(5)自潔性。膜建筑中采用具有防護涂層的膜材，本身不發(fā)黏，落到膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗而達到良好的自潔效果，同時保證建筑的使用壽命。

(6)工期短。膜片的裁剪、鋼索及鋼結(jié)構(gòu)等的制作均在工廠完成，減少現(xiàn)場施工時間，可與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件等同時進行，避免施工交叉，在施工現(xiàn)場只是鋼索、鋼結(jié)構(gòu)及膜片的連接安裝定位及張拉的過程，故現(xiàn)場施工安裝、迅速快捷，相對傳統(tǒng)建筑工程工期較短。

(7)適用廣。從氣候條件看，膜結(jié)構(gòu)建筑適用的地域廣闊；從規(guī)模上看，可以小到單人帳篷、花園小品，大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建筑。甚至有人曾設(shè)想覆蓋一個小城，實現(xiàn)人造自然。

膜結(jié)構(gòu)是一種建筑與結(jié)構(gòu)結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，是采用高強度柔性薄膜材料與輔助結(jié)構(gòu)通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力，并形成應(yīng)力控制下的某種空間形狀，作為覆蓋結(jié)構(gòu)或建筑物主體，并具有足夠剛度以抵抗外部荷載作用的一種窄間結(jié)構(gòu)類型。

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，以其獨有的優(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(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工、材料科學(xué)、計算機技術(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(biāo)志性或景觀性的建筑、小品等。

膜結(jié)構(gòu)是輕型空間結(jié)構(gòu)的一個重要分支，除豐富多彩的造型外，還有優(yōu)異的建筑特性、結(jié)構(gòu)特性、和適宜的經(jīng)濟型，因此膜結(jié)構(gòu)的誕生，就迅速在世界各地發(fā)展起來。而膜結(jié)構(gòu)建筑主要分為張拉膜結(jié)構(gòu)、骨架膜結(jié)構(gòu)、充氣膜結(jié)構(gòu)、索桁架膜結(jié)構(gòu)、張拉整體與索穹頂膜結(jié)構(gòu)。

充氣膜結(jié)構(gòu)是一個相對密閉的空間結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)建筑不一樣的是，它通過風(fēng)機向結(jié)構(gòu)內(nèi)部鼓風(fēng)送氣，使膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外保持一定的壓力差，以保證膜結(jié)構(gòu)體系的剛度，維持所設(shè)計的形狀。

同時壓力控制系統(tǒng)可使結(jié)構(gòu)維持一定的內(nèi)外壓，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1917年，英國W.Lanchester 發(fā)明了一種充氣膜結(jié)構(gòu)作為右外醫(yī)院建筑屋面，這是一種安裝便捷、造價經(jīng)濟的屋面體系，但是他本人并未建成。

1946年，英國人Walter Bird建成第一個現(xiàn)代充氣膜結(jié)構(gòu)，多普勒雷達穹頂（Doppler Radome），直徑15m，矢高18.3m，采用以玻璃纖維為基布氯丁二烯橡膠為涂層的膜材。1950~1970年間，相繼在美國、德國等地建造了大量類似穹頂，最大直徑達到60m。

1970年日本大阪世博會（EXPO’70）為膜結(jié)構(gòu)發(fā)展提供了契機。因日本多地震，且展館多位于軟土地基，因此，展館宜采用輕結(jié)構(gòu)體系。由David Geiger完成結(jié)構(gòu)設(shè)計的美國館，首次建成了大跨低輪廓充氣膜結(jié)構(gòu)，平面為139m×78m的橢圓。

1972年~1984年，由David Geiger設(shè)計，Birdair公司在美國建成銀色穹頂（Silver Dome，220m×159m）等7座巨大型充氣膜結(jié)構(gòu)，但多數(shù)膜結(jié)構(gòu)被證明大跨度的膜結(jié)構(gòu)難以有效抵抗惡劣氣候條件。

1988年，日本建成東京穹頂（Toyko Dome）。雖然充氣膜結(jié)構(gòu)技術(shù)達到了一個新的臺階，但之后世界各地再也沒有建造過巨大型充氣膜結(jié)構(gòu)建筑。

充氣膜結(jié)構(gòu)在索穹頂體系出現(xiàn)之前，創(chuàng)造了段大跨建筑的輝煌發(fā)展史。

充氣膜結(jié)構(gòu)做一種新型的空間建筑，具有傳統(tǒng)建筑無法比擬的優(yōu)勢。特別對于需要大面積大空間的作業(yè)廠區(qū)，它比任何建筑更具有優(yōu)勢，因此它可廣泛應(yīng)用在需要大跨度作業(yè)空間。

因此它可應(yīng)用于大面積作業(yè)車間、倉庫、體育場館、展覽館等 。

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