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一．膜結(jié)構(gòu)的起源
當(dāng)代索膜結(jié)構(gòu)技術(shù)的起源可以追溯到十九世紀(jì)具有歷史的“帳篷”。舉例來說，機(jī)械紡紗和織布的出現(xiàn)創(chuàng)造出了便于攜帶的巨大的帳篷，而帳篷的問世又為十九世紀(jì)后半期大量出現(xiàn)的四處流動(dòng)的馬戲團(tuán)提供了前提條件。有的帳篷（如馬戲團(tuán)帳篷，見圖）直徑高達(dá)50米，由機(jī)械制造的亞麻和帆布制成。圍繞在圓形吊環(huán)四周的四根中柱在帳篷的中心附近支撐著馬戲團(tuán)帳篷。 這些就是流動(dòng)的結(jié)構(gòu)建筑，并由此能夠保護(hù)人類免受氣候的制約。這些設(shè)計(jì)同時(shí)也體現(xiàn)了當(dāng)代索膜結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主要的特征：可變的表面形狀和預(yù)應(yīng)力。

二．膜結(jié)構(gòu)的形狀 張力膜結(jié)構(gòu)提供無限多樣的形狀，從而在影響其空間品質(zhì)方面具有很大的自由度。膜結(jié)構(gòu)找形的過程是一個(gè)基于透徹理解這種類型結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格的擴(kuò)展過程。制作簡單的物理模型可以與鉛筆繪制的草圖進(jìn)行比較，要設(shè)計(jì)和構(gòu)建膜結(jié)構(gòu)的每個(gè)人員都應(yīng)試驗(yàn)采用物理建模法。物理建模法有助于理解張力平衡狀態(tài)下的雙彎曲膜結(jié)構(gòu)。皂膜和衣膜模型以及彈性機(jī)械建模技術(shù)，都可成功地用于此用途。計(jì)算機(jī)模型的構(gòu)建，比如物理建模過程，始于邊界條件的布局。然后即可通過數(shù)值迭代過程來生成三維模型。 1 反向張力膜結(jié)構(gòu) 反向彎曲形狀，或者是具有張力并且穩(wěn)定的雙彎曲鞍形形狀。張力和穩(wěn)定性來自于膜平面及其線性邊界的機(jī)械預(yù)應(yīng)力。 2 同向彎曲張力膜結(jié)構(gòu) 同向彎曲形狀，或者是具有張力和穩(wěn)定性的雙彎曲球形形狀。張力和穩(wěn)定性由氣壓或水壓垂直作用于膜曲面而產(chǎn)生。這種類型的結(jié)構(gòu)包括空氣承式結(jié)構(gòu)和充氣式結(jié)構(gòu)。

三．膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用和分類 索膜狀建筑結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于廣大范圍的建筑物，服務(wù)于各種用途。 膜結(jié)構(gòu)通常分為如下三大類： 1 開放張拉式膜結(jié)構(gòu) 可以通過鋼柱及鋼架支撐或鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美活潑、富有生機(jī)，易于與大自然融為一體，滿足人們返璞歸真的需求，適合于中小型跨度的建筑，也適用于大跨度的體育場、游樂場等大型公用設(shè)施的看臺(tái)挑蓬結(jié)構(gòu)中。 2 封閉骨架式膜結(jié)構(gòu) 骨架式膜結(jié)構(gòu)是在穩(wěn)定的骨架上覆蓋模材料，易于施工和安裝，受力分析也較簡單、直觀；索穹頂膜結(jié)構(gòu)是骨架式膜結(jié)構(gòu)的一個(gè)特例，但從理論分析到施工都有很大的難度。根據(jù)骨架體系的不同可用于中小型或大型、超大型的體育設(shè)施或公共活動(dòng)場所。但由于其形狀受到骨架體系的約束限制，故一般膜曲面較為呆板、靈活性不強(qiáng)。 3 充氣式膜結(jié)構(gòu) 充氣式膜結(jié)構(gòu)向室內(nèi)不斷的充氣，室內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓力差，使覆蓋膜布受到一定的向上浮力。由于它跨中不需要任何支撐，因此適用與超大跨度的建筑，一般用于大型的公共設(shè)施。氣脹式（氣肋式）膜結(jié)構(gòu)是由多個(gè)充氣構(gòu)件組成，易形成個(gè)性的建筑形式，一般用于街景、花園小品或小型建筑中，是充氣式膜結(jié)構(gòu)的一種類型。

四．膜結(jié)構(gòu)的建筑品質(zhì)
1 重量輕
張力膜的重量很輕，因?yàn)樗鼈兊姆€(wěn)定性來自其預(yù)應(yīng)力形狀，而非所使用的大量材料。因此，它們比傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)輕很多，然而卻能提供很高的穩(wěn)定性。小質(zhì)量和大跨度為建筑師提供了以一種連貫、統(tǒng)一的方式表現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)組織、以及形成每個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的輕盈性和穩(wěn)定性的機(jī)會(huì)。
2 半透明
半透明性是廣為接受的一項(xiàng)工程索膜建筑結(jié)構(gòu)品質(zhì)。的確，這種半透明性可以提供足量的太陽光照供標(biāo)準(zhǔn)建筑使用，它在建筑節(jié)能方面起著重要作用。就商業(yè)建筑示例來說，這對于需要充足光線甚至裝飾表面的建筑而言尤其重要。通過使用自然光和人造光，這種半透明性還可為建筑設(shè)計(jì)提供多種美感可能性。在夜間，膜的半透明性可將建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成具有雕刻感的發(fā)光體。
3 柔韌性
張力膜結(jié)構(gòu)不具有剛性，它們的形狀受風(fēng)雪的影響而改變。膜的幾何形狀通過變形作用而與應(yīng)用的負(fù)荷對應(yīng)。這樣，順著承載力的方向膜結(jié)構(gòu)會(huì)形成較小的半徑，從而逐漸找到特定負(fù)荷情況下的更肯定的結(jié)構(gòu)形狀。張力膜結(jié)構(gòu)的柔韌性使之可以出現(xiàn)大的移位而不會(huì)永久變形。變化和反應(yīng)的程度取決于材料的彈性和施加于膜結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力水平。
4 雕塑感
張力膜個(gè)性的彎曲形狀具有非常強(qiáng)的雕塑感。張力曲面可以自身找到平衡。上下活動(dòng)的反向彎曲膜結(jié)構(gòu)形狀都可以保持平衡，并且還有可能建造看起來似乎擺脫了重力作力而在天地之間隨意漂動(dòng)的大型建筑。膜結(jié)構(gòu)的這種雕塑感對于建筑物外部和內(nèi)部都具有渲染力。
5 安全性
根據(jù)當(dāng)前存在的國家標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)要求，輕型張力膜結(jié)構(gòu)是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和測定尺寸的建筑結(jié)構(gòu)。在水平負(fù)荷（如地震）情況下，輕型結(jié)構(gòu)特別穩(wěn)定。
6 功能
由于張力結(jié)構(gòu)的這些品質(zhì)可以適用于眾多建筑結(jié)構(gòu)功能——從簡單的遮陽屋頂?shù)綇?fù)雜的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)——因此它們具有許多特別相稱的功能。
7 富于表現(xiàn)力的建筑樣式
建筑功能對每座建筑而言都是共同具有的，它代表了一種理念。張力膜結(jié)構(gòu)的個(gè)性形狀展現(xiàn)了自身建筑情形的自然美。
8 露天防護(hù)
視特定的氣候帶不同，屋頂?shù)囊粋€(gè)主要功能是在日曬、雨淋和風(fēng)雪天氣條件下提供遮擋作用和舒適性。選擇膜形狀和材料應(yīng)考慮所有合適的情況，進(jìn)而提供一個(gè)舒適的內(nèi)部環(huán)境。無論在什么情況下，都有可能通過各種方法，利用自身建筑結(jié)構(gòu)來降低建筑物的能耗。
9 活動(dòng)性和臨時(shí)性
當(dāng)視為建筑環(huán)境中一種可以反轉(zhuǎn)的中間體時(shí)，輕盈的張力膜結(jié)構(gòu)比其它建筑結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)勢。這兩個(gè)重要方面就是靈活性和機(jī)動(dòng)性。易于做成可拆卸結(jié)構(gòu)，易于運(yùn)輸，可用作巡回演出、展覽等。
10 可變性和可改造性
與許多自然結(jié)構(gòu)一樣，可變結(jié)構(gòu)可以視為一種能夠人工改造的系統(tǒng)，可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。它們的空間布局具有可改造性，并可根據(jù)氣候變化而改變。

最常用的三種材料是：

1.PVC涂層
PVC膜材料是在高強(qiáng)聚酯纖維或聚氨酯纖維布基上敷聚氯乙烯樹脂（PolyVinylChloride,簡寫PVC），或其它類似樹脂，一般認(rèn)為該類材料為阻然、半永久性材料，使用年限在20年以上；厚度在0.6~1.2mm;透光率在6~12%之間；強(qiáng)度一般在3000~9000N/5cm之間；耐火等級B1級。

2.PTFE涂層
PTFE膜材料是玻璃纖維布基上雙面涂敷四氟乙烯樹脂（Poly TetraFluoroeEhylene,簡寫PTFE），一般認(rèn)為該類材料為不燃、是使用年限長的材料，使用年限在30年以上；厚度在0.6~1.2mm;透光率在8~18%之間；強(qiáng)度一般在3500~9000N/5cm之間；耐火等級A1級。

3.ETFE材質(zhì)
ETFE（EthyleneTetraFluoEthylene）沒有布基，是一種顆粒狀結(jié)晶體的薄膜。一般做成雙層或三層充氣結(jié)構(gòu)，厚度12~500um;透光率在95%以上；強(qiáng)度一般在30~60N/mm2之間；耐火等級B1級。

1． 高強(qiáng)度
膜材料是一種柔性織物，組織內(nèi)部只有存在一定的應(yīng)力場，才能獲得一定的剛度。因此，對于膜結(jié)構(gòu)而言，任何情況下不允許膜中有無應(yīng)力狀態(tài)。在高應(yīng)力狀態(tài)下，膜材料的抗拉強(qiáng)度越高，越不易發(fā)生徐變和老化。因此，膜結(jié)構(gòu)建筑中的膜材料必須具有較高的抗拉強(qiáng)度及抗撕裂強(qiáng)度。
2． 阻燃
膜建筑作為使用年限長的材料，膜材本身必須應(yīng)完全滿足有關(guān)建筑材料防火指標(biāo)的要求。以日本膜結(jié)構(gòu)大國為例：至今仍沒把膜材料作為不燃材料列入國家建筑標(biāo)準(zhǔn)，只是要求針對每個(gè)建筑單體膜材通過防火測試，滿足要求即可。一般認(rèn)為PTFE材料是不可燃材料，PVC材料是阻燃材料。

3． 耐久
膜材的耐久性不僅與其布基所用材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且不同的涂層種類，對布基的保護(hù)程度各不相同，也影響著膜材的使用壽命。一般來說，PTFE材料的質(zhì)保期在25年以上，PVC材料質(zhì)保期在10年~15年，但到目前為止，PTFE材料工程有的已超過25年，PVC材料工程有的已超過20年，而繼續(xù)正常使用。
4． 自潔
自潔性就是膜材料本身的防污自潔性能。一般建筑用PVC膜材料，在PVC涂層外，再加一層PVF（聚氟乙烯）或PVDF（聚二氟乙烯）或硅樹脂面層，能改善其自潔性。PTFE膜材料自身則具有很好的防污自潔性能，不需要添加任何面層材料。
5． 隔音
通常膜結(jié)構(gòu)建筑位于市區(qū)內(nèi)，有的建筑在繁華的鬧市區(qū)，特別是用于音樂，娛樂等大型文化活動(dòng)場所，為此對建筑的隔音提出較高的要求單層膜結(jié)構(gòu)建筑往往用于對隔音要求不是太高的活動(dòng)場所，目前有人提出增加膜材料的質(zhì)量可提高其隔音性能，但真正能達(dá)到令人滿意的性能指標(biāo)，尚需待以時(shí)日。
6． 保溫隔熱
單層膜材料的保溫性能大致相當(dāng)于夾層玻璃，如果某建筑物對保溫性能要求較高，就不得不考慮采用雙層或多層膜，但雙層或多層膜又損害了建筑物的透光性能，一般來說雙層膜的透光率在4%~8%左右。透光性是膜建筑很吸引人的一個(gè)特點(diǎn)，有時(shí)很難讓人在二者之間做出選擇。只能尋求一種透光性好的內(nèi)層膜材料，不過，就同類膜材料而言，其透光性越高，強(qiáng)度就越低。