膜結構

膜結構是一種建築與結構結合的結構體系，是採用高強度柔性薄膜材料與輔助結構通過一定方式使其內部產生一定的預張應力，並形成應力控制下的某種空間形狀，作為覆蓋結構或建築物主體，並具有足夠剛度以抵抗外部荷載作用的一種窄間結構類型。

膜結構是20世紀中期發展起來的一種新型建築結構類型，它打破了純直線建築風格的模式，以其獨有的優美曲面造型，簡潔、明快、剛與柔、力與美的組合，給人耳目一新的感覺，同時給建築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，是集建築學、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，其曲面可以隨建築師的設計需要任意變化。結合整體環境，建造出標誌性的形象工程，並且實用性強、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、站台設施等。又可應用於休閒設施、工業設施、入口廊道以及標誌性或景觀性的建築、小品等。 ^[1] 

(1)大跨度。膜結構自重輕、抗震性能好，可以不需要內部支承，克服了傳統結構在大跨度（無支撐）建築上實現所遇到的困難，可創造巨大的無遮擋可視空間，有效增加空間使用面積。

(2)藝術性。膜結構突破了傳統的建築結構類型，以造型學、色彩學為依託，可結合自然條件，充分發揮建築師的想象力，根據創意建造出傳統建築難以實現的曲線及各種造型，且色彩豐富，富有時代氣息，體現結構構件受力之美。配合燈光易形成夜景，給人以現代美的享受。

(3)經濟性。膜材料具有一定的透光率，白天可減少照明強度和時間，節約能源；夜間彩燈透射可形成絢爛的景觀。而且，膜結構能夠拆卸，易於搬遷，特別是在建造短期應用的大跨度建築時，更為經濟。

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

(5)自潔性。膜建築中採用具有防護塗層的膜材，本身不發黏，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，同時保證建築的使用壽命。

(6)工期短。膜片的裁剪、鋼索及鋼結構等的製作均在工廠完成，減少現場施工時間，可與下部鋼筋混凝土結構或構件等同時進行，避免施工交叉，在施工現場只是鋼索、鋼結構及膜片的連接安裝定位及張拉的過程，故現場施工安裝、迅速快捷，相對傳統建築工程工期較短。

(7)適用廣。從氣候條件看，膜結構建築適用的地域廣闊；從規模上看，可以小到單人帳篷、花園小品，大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建築。甚至有人曾設想覆蓋一個小城，實現人造自然。 ^[1] 

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

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

(3)隔音效果較差。單層膜結構只能用於隔音要求不高的建築。

(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，可能導致屋蓋撕裂(帳蓬結構)或翻轉(充氣結構)。

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

(6)環保問題。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，正在研製開發膜材的可回收利用，並已取得了一定的進展。 ^[2] 

在薄膜結構中，薄膜既是結構材料，又是建築材料。作為結構材料，薄膜必須具有足夠的強度，以承受由於自重、內壓或預應力、風、雪等作用產生的拉力；作為建築材料，它又必須具有防水、隔熱、透光或阻光等建築功能。膜材料作為膜結構的靈魂，它的發展與膜結構的技術密切相關、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用於結構。織物是由纖維平織或曲織生成的，織物膜材已有較長的應用歷史。結構工程中的箔片都是由氟塑料製造的，它的優點在於有很高的透光性和出色的防老化性。 ^[2] 

膜結構建築造型豐富多彩，千變萬化，按照支承方式分為充氣式膜結構、張拉膜結構和骨架支承膜結構。

1.骨架式膜結構

以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構造形式，下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制，且經濟效益高等特點，廣泛適用於任何大，小規模的空間。

2.張拉式膜結構

以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創意，創新且美觀的造型外，也是最能展現膜結 構精神的構造形式. 大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高，結構性能強，且具豐 富的表現力，所以造價略高於骨架式膜結構。

3.充氣式膜結構

充氣式膜結構是將膜材固定於屋頂結構周邊，利用送風系統讓室內氣壓上升到一定壓力後，使屋頂內外產生壓力差，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，經濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續運行及機器維護費用的成本上較高。 ^[2]