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(qiáng)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(dú)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(qiáng)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(jī)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(shí)用性強(qiáng)、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(jī)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。  

優(yōu)點(diǎn)

(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(shí)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(shí)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(jì)性。膜材料具有一定的透光率，白天可減少照明強(qiáng)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(jì)。

(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(hù)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(dá)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(jìn)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(shí)現(xiàn)人造自然。

缺點(diǎn)

(1)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(qiáng)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(hù)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。

特性

    在膜結(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(qiáng)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(jìn)的。

膜的材料分為織物膜材和箔片兩類。高強(qiáng)度箔片近幾年才開始應(yīng)用于結(jié)構(gòu)?？椢锸怯衫w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(diǎn)在于有很高的透光性和出色的防老化性。  

    張拉膜結(jié)構(gòu)作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨(dú)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(shí)現(xiàn)的設(shè)計方案。

1、 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(diǎn)設(shè)計和組織結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)件，將其輕盈和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性有機(jī)地統(tǒng)一起來。

2、 透光性：透光性是現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)最被廣泛認(rèn)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(dāng)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(diǎn)，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。

3、柔性：張拉膜結(jié)構(gòu)不是剛性的，其在風(fēng)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。

張拉結(jié)構(gòu)的靈活性使其可以產(chǎn)生很大的位移而不發(fā)生永久性變形。膜材的彈性性能和預(yù)應(yīng)力水平?jīng)Q定了膜結(jié)構(gòu)的變形和反應(yīng)。適應(yīng)自然的柔性特點(diǎn)可以激發(fā)人們的建筑設(shè)計靈感。

不同的膜材的柔性程序也不相同，有的膜材柔韌性極佳，不會因折疊而產(chǎn)生脆裂或是破損，這樣的材料是有效實(shí)現(xiàn)可移動、可展開結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和前提。

4、 雕塑感：張拉膜結(jié)構(gòu)的獨(dú)特曲面外形使其具有強(qiáng)烈的雕塑感。膜面通過張力達(dá)到自平衡。負(fù)高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結(jié)構(gòu)看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間。無論室內(nèi)還是室外這種雕塑般的質(zhì)感都令人激動。

張拉膜結(jié)構(gòu)可使建筑師設(shè)計出各種張力自平衡、復(fù)雜且生動的空間形式。在一天內(nèi)隨著光線的變化，雕塑般的膜結(jié)構(gòu)通過光與影而呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。日出和日落時，低入射角度的光線將突現(xiàn)屋頂?shù)那屎透〉裥Ч?，太陽位于遠(yuǎn)地點(diǎn)時，膜結(jié)構(gòu)的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性，經(jīng)過設(shè)計的人工燈光也可使膜結(jié)構(gòu)成為光的雕塑。

5、 安全性：按照現(xiàn)有的各國規(guī)范和指南設(shè)計的的輕型張拉膜結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性。輕型結(jié)構(gòu)在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩(wěn)定性。

    由于輕型結(jié)構(gòu)自重較輕，即使發(fā)生意外坍塌，其危險性也較傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)小。膜結(jié)構(gòu)發(fā)生撕裂時，若結(jié)構(gòu)布置能保證桅桿、梁等剛性支承構(gòu)件不發(fā)生坍塌，其危險性會更小。

膜結(jié)構(gòu)的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態(tài)承載。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)的布置和形狀要根據(jù)荷載情況來進(jìn)行設(shè)計和調(diào)整。設(shè)計要確何膜面與其輔助結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)工作，以避免力在膜面或輔助結(jié)構(gòu)上集中而達(dá)結(jié)構(gòu)破壞的臨界值。

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(jì)效益高等特點(diǎn)，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(dá)安 定的形式。除了可實(shí)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(qiáng)，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(jì)效益高，但需維持進(jìn)行24小時送風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在持續(xù)運(yùn)行及機(jī)器維護(hù)費(fèi)用的成本上較高。

目前建筑膜材廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是的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類最好，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，有聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、橡膠等。

膜結(jié)構(gòu)的組成

分為基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、膜材結(jié)構(gòu)（索結(jié)構(gòu)）三部分組成。

基礎(chǔ)：一般都是采用獨(dú)立基礎(chǔ)，個別采用樁基（特殊地質(zhì)或回填地質(zhì)）；

獨(dú)立基礎(chǔ)，用于單柱或高聳構(gòu)筑物并自成一體的基礎(chǔ)。它的型式按材料性能和受力狀態(tài)選定。平面形式一般為圓形或多邊形。但除了自重和豎直活載以外，風(fēng)荷載是高聳構(gòu)筑物的主要設(shè)計荷載，為了使基礎(chǔ)在各個方向具有大致相同的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，采用圓形基礎(chǔ)最為合適。由于這類構(gòu)筑物的重心很高。基礎(chǔ)有少量傾斜就會使荷載的偏心距加大，從而導(dǎo)致傾斜的進(jìn)一步發(fā)展。因此這類基礎(chǔ)變形用容許傾斜來控制。當(dāng)軟土地基上的傾斜超過限值時，經(jīng)常采用樁基礎(chǔ)。

樁基礎(chǔ)是一種承載能力高、適用范圍廣、歷史久遠(yuǎn)的基礎(chǔ)形式。隨著生產(chǎn)水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，樁基的類型、工藝、設(shè)計理論、計算方法和應(yīng)用范圍都有了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于高層建筑、港口、橋梁等工程中。

樁是將建筑物的全部或部分荷載傳遞給地基土并具有一定剛度和抗彎能力的傳力構(gòu)件，其橫截面尺寸遠(yuǎn)小于其長度。而樁基礎(chǔ)是由埋設(shè)在地基中的多根樁（稱為樁群）和把樁群聯(lián)合起來共同工作的樁臺（稱為承臺）兩部分組成。

樁基礎(chǔ)的作用是將荷載傳至地下較深處承載性能好的土層，以滿足承載力和沉降的要求。樁基礎(chǔ)的承載能力高，能承受豎直荷載，也能承受水平荷載，能抵抗上拔荷載也能承受振動荷載，是應(yīng)用最廣泛的深基礎(chǔ)形式。

鋼結(jié)構(gòu)：

鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、整體剛度好、抵抗變形能力強(qiáng)，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質(zhì)性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業(yè)化程度高，可進(jìn)行機(jī)械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼材，大大提高其屈服點(diǎn)強(qiáng)度；此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱寬翼緣型鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應(yīng)大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的需要。

另外還有無熱橋輕鋼結(jié)構(gòu)體系，建筑本身是不節(jié)能的，本技術(shù)用巧妙的特種連接件解決了建筑的冷熱橋問題；小桁架結(jié)構(gòu)使電纜和上下水管道從墻里穿越，施工裝修都方便。

膜材結(jié)構(gòu)：

膜材結(jié)構(gòu)包括“結(jié)構(gòu)體系和基本定義”、“索的構(gòu)成、材料及性能”、“膜的材料及性能”、“抗拉錨固”等。包括索和膜結(jié)構(gòu)的類型、定義、材料、連接節(jié)點(diǎn)、抗拉錨固體系及構(gòu)造。