20世紀(jì)60年代隨著現(xiàn)代柔性建筑材料的發(fā)展，建筑師們從帳篷著一最古老的簡(jiǎn)單建筑結(jié)構(gòu)出發(fā)，構(gòu)造出了魔幻般的形式--膜結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)建筑是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式，它以優(yōu)良的織物為材料，利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)，將織物繃緊，從而形成一定剛度，張力，能覆蓋大跨度間的結(jié)構(gòu)體系,是可以構(gòu)成單曲面，多曲面等不同建筑結(jié)構(gòu)形式，滿足了建筑師們對(duì)建筑與美學(xué)高度統(tǒng)一的要求。我國(guó)的膜結(jié)構(gòu)近十年里得到飛速發(fā)展，全國(guó)各地在建和已建的膜結(jié)構(gòu)場(chǎng)館、小品不計(jì)其數(shù)，最為大家熟悉和深刻的為“2008年北京奧運(yùn)會(huì)的國(guó)家體育場(chǎng)(鳥巢)、國(guó)家大劇院、國(guó)家游泳中心(水立方)”。

膜結(jié)構(gòu)的形式與分類

      薄膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式千變?nèi)f化，根據(jù)不同的支承方式，通常將其分為空氣支承結(jié)構(gòu)（充氣膜結(jié)構(gòu)）、張拉式結(jié)構(gòu)及骨架支承膜結(jié)構(gòu)三大類。

1．氣承式：是利用薄膜內(nèi)外的空氣壓差來(lái)穩(wěn)定膜面以承受外荷載的結(jié)構(gòu)形式。

2．張拉式（索網(wǎng)式、脊谷式）：是由索網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)展而來(lái)的，指依靠薄膜自身的預(yù)張力與拉索、支柱共同作用構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。它的結(jié)構(gòu)加大了建筑形象的可塑性，結(jié)構(gòu)形式的靈活性的適應(yīng)性，決定了建筑應(yīng)用中的廣泛性。它的表現(xiàn)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，施工精度要求高。

3．骨架式：是指以剛性結(jié)構(gòu)（通常為鋼結(jié)構(gòu)）為承重骨架、并在骨架上敷設(shè)張緊的膜材的結(jié)構(gòu)形式。主體結(jié)構(gòu)由剛性骨架（空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）形成，膜材作為覆蓋材料，受力方式靠膜材受力后的變形來(lái)抵抗外荷載，并傳遞給主體結(jié)構(gòu)。

膜結(jié)構(gòu)的建筑語(yǔ)言

      在更高層次上達(dá)到建筑與藝術(shù)的高度和和諧統(tǒng)一，在建筑語(yǔ)言特征上，呈現(xiàn)明顯的理性技術(shù)表現(xiàn)傾向。高聳的桅桿、異型空間的鋼構(gòu)體系、堅(jiān)如射束的鋼索、富有機(jī)械藝術(shù)魅力的鋼制節(jié)點(diǎn)、充滿張力、曲線的變幻膜體以及其它建筑技術(shù)可望不可及的大跨度自由空間，使膜建筑更富有理性技術(shù)邏輯的表現(xiàn)特征。

膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，膜結(jié)構(gòu)有以下主要特點(diǎn)：

1．自重輕，跨度大。以建筑織物制成的薄膜結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)是自重輕，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比有數(shù)量級(jí)的差別，可以輕易地跨虎較大的跨度。

2．建筑造型自由豐富。膜結(jié)構(gòu)建筑造型豐富多彩、新穎獨(dú)特，富有時(shí)代氣息，打破了傳統(tǒng)建筑形態(tài)的模式，給人耳目一新的感覺。

3．施工方便。膜材的裁剪、粘合等工作主要在工廠完成，并包裝成膜成品運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),相比其他由工廠制作的構(gòu)件、運(yùn)輸、搬運(yùn)都更方便。

4．經(jīng)濟(jì)性。膜結(jié)構(gòu)中的膜材料既是承載構(gòu)件，又是屋面圍護(hù)材料，本身還是良好的裝飾材料，因而膜材作為屋面材料可降低屋面造價(jià)；由于屋面重量減輕，可相應(yīng)降低基礎(chǔ)及主體工程的造價(jià)；膜結(jié)構(gòu)的日常維護(hù)費(fèi)用也極小。

5．安全性。由于膜材的自重輕，膜結(jié)構(gòu)建筑具有良好的抗震性能；膜結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)，可承受較大的位移，不易整體倒塌；膜材料一般均為陰燃材料或不可燃材料，不易造成火災(zāi)．因此膜結(jié)構(gòu)具有較高的安全度。

6．透光性。 膜材具有良好的透光性，透光率約７％～１６％，雙層膜的透光率約４％～８％；同時(shí)膜材對(duì)光具有折射率（７０％以上），陽(yáng)光透過膜面可在室內(nèi)形成自然漫射光，白天大部分時(shí)間無(wú)需人工采光，可大大節(jié)約人工照明能耗，而晚上的室內(nèi)燈光透過膜面給夜空增添夢(mèng)幻般夜景。

7．自潔性。膜材的表面涂層、特別是其中的聚四氟乙烯（PTFE）涂層，具有良好的非粘著性，大氣中的灰塵及臟物不易附著與滲透，而且其表面的灰塵被雨水沖刷干凈，常年使用后仍能保持外觀的潔凈及室內(nèi)的美觀。

膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于其自身的特點(diǎn)不同于一般傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，技術(shù)上必須經(jīng)過如下四個(gè)步驟。

1．建筑方案設(shè)計(jì)：一般由建筑師根據(jù)業(yè)主的意圖、功能要求、環(huán)境條件等初步確定建筑的平面形狀尺寸、空間形式及三維造型、凈空體量等，基本確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)。考慮經(jīng)濟(jì)和施工工藝等技術(shù)條件，與膜結(jié)構(gòu)工程師、業(yè)主及施工技術(shù)人員等一起確定經(jīng)濟(jì)合理的初步設(shè)計(jì)方案。

2．找形分析：于索膜結(jié)構(gòu)而言，在沒有施加預(yù)應(yīng)力之前，是沒有結(jié)構(gòu)剛度的，也就是說膜結(jié)構(gòu)任何時(shí)候不存在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。由于膜材料本身沒有抗彎剛度，其曲面形狀與預(yù)應(yīng)力值的大小和分布是一一對(duì)應(yīng)的，因此在控制點(diǎn)坐標(biāo)確定后，給定一合理的預(yù)應(yīng)力值及其分布，才能確定合適的膜曲面形狀。預(yù)應(yīng)力值的大小與分布是需根據(jù)多方面的條件進(jìn)行反復(fù)調(diào)整后綜合確定的，這個(gè)過程叫做找形分析。此過程與方案設(shè)計(jì)過程往往密不可分，往往需反復(fù)調(diào)整方可即滿足建筑形狀的要求又保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理及安全可靠。

3．荷載分析：膜結(jié)構(gòu)的控制荷載通常是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜結(jié)構(gòu)的變形較大，因此精確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布要用幾何非線性的方法進(jìn)行。根據(jù)不同工況下計(jì)算出的索、膜、梁、桿等結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力分布的最不利情況，來(lái)選定索、膜等材料的型號(hào)及尺寸，確定詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)做法及構(gòu)造措施等。因此，經(jīng)濟(jì)安全的索膜建筑必須經(jīng)過仔細(xì)的內(nèi)力分析后才能完成，不是憑經(jīng)驗(yàn)拍腦袋就能確定得了的。荷載分析的另一目的是檢驗(yàn)確定索、膜中初始預(yù)應(yīng)力，一般來(lái)說在找形分析時(shí)先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定一預(yù)應(yīng)力值及其分布，然后經(jīng)荷載分析來(lái)判定其合理性，即預(yù)應(yīng)力的大小與分布應(yīng)使在最不利工況下必須滿足使用要求、整體和局部位移要求及排水功能等要求。

4．剪裁分析：剪裁分析就是在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的曲面形體上尋求合理的裁剪線位置及其分布，然后按照一定的方法將三維曲面展開為二維平面。為物盡其用，一般要按照膜材料幅寬進(jìn)行裁剪，但要兼顧到膜曲面曲率變化情況。由于膜材料具有雙向異性性質(zhì)，故裁剪線的布置要與計(jì)算時(shí)所設(shè)定的膜材經(jīng)緯向一致，才能保證計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符。膜材料的裁剪下料通常是在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的，如何在預(yù)應(yīng)力的形體上進(jìn)行無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下的裁剪分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都已進(jìn)行了較為深入的研究，提出了諸如幾何法、最小二乘法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法與平面熱應(yīng)力原理相結(jié)合的有限單元法等多種方法，但在實(shí)際工程中還必須考慮以下幾點(diǎn)：

（1）必須保證索邊界的工作點(diǎn)不變，對(duì)于其它硬性邊界，由于構(gòu)件本身存在一定的空間尺度，可根據(jù)實(shí)際情況改變膜的工作點(diǎn)或保持膜的工作點(diǎn)不變，變換連接構(gòu)件的做法，但一般說來(lái)后者較困難一些。另外，邊角處膜的剪裁應(yīng)嚴(yán)格按照實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法尺寸進(jìn)行裁剪。

（2）確定膜的經(jīng)緯向布置及膜片之間現(xiàn)場(chǎng)拼接縫位置，膜的經(jīng)緯向布置會(huì)影響觀瞻、膜材的利用率、制作的工作量等，還須與計(jì)算模型相吻合。現(xiàn)場(chǎng)拼接縫處理不當(dāng)容易漏雨，所以一般在脊處作為現(xiàn)場(chǎng)拼接縫比較合適。

（3）膜材與硬邊界的連接點(diǎn)處，應(yīng)考慮特殊的補(bǔ)償值，以便于安裝。

（4）膜的剪裁要充分利用膜材料的幅寬，即考慮了熱合搭接長(zhǎng)度、預(yù)應(yīng)力伸縮補(bǔ)償、邊界做法等因素后，裁出的膜片要盡量接近膜材的幅寬，以提高膜材的利用率。

膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域

      文化設(shè)施--展覽中心、劇場(chǎng)、會(huì)議廳、博物館、植物園、水族館等

      體育設(shè)施--體育場(chǎng)、體育館、健身中心、游泳館、網(wǎng)球館、籃球館等

      商業(yè)設(shè)施--商場(chǎng)、購(gòu)物中心、酒店、餐廳、商店門頭（挑檐）、商業(yè)街等

      交通設(shè)施--機(jī)場(chǎng)、火車站、公交車站、收費(fèi)站、碼頭、加油站、天橋連廊等

      工業(yè)設(shè)施--工廠、倉(cāng)庫(kù)、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等

      景觀設(shè)施--建筑入口、標(biāo)志性小品、步行街、停車場(chǎng)等