膜结构建筑有着令人难忘的结构造型, 在建筑中的使用大大提高了建筑的想象艺术, 也可以使建筑空间变的灵活、丰富。膜结构建筑, 新奇、轻巧、安全、简洁、受力明确又便于施工, 充分体现出适用、经济、美观、生态以及社会责任的完美统一。达到了建筑艺术和结构技术相结合的和谐统一。

膜材通常是由高强度的织物基材加上聚合物涂层构成的复合材料。膜材根据基材和表面涂层的不同有很多种。目前主要使用的膜材一般有两大类产品。P V C (聚氯乙烯) 膜材和P T F E (聚四氟乙烯) 膜材。另外, 还有新型材料E T F E (乙烯—四氟乙烯共聚物) , 它没有织物或玻纤基层, 但大家仍把它归到膜材这一类别中。目前只有德国、美国、日本的少数几个公司可以生产。

PTFE膜材料是指在用3微米细的玻璃纤维编织成的基布上涂敷PTFE即聚四氟乙烯树脂而形成的复合材料。PVC膜材料是指在聚酯纤维编织成的基布上涂敷PVC即聚氯乙烯树脂而形成的复合材料。E T F E是乙烯—四氟乙烯共聚物既具有类似聚四氟乙烯的优良性能, 又具有类似聚乙烯的易加工性能, 还有耐溶剂和耐辐射的性能。1947年、1976年分别在日本和美国投产。

PTFE膜材料具有高透光性、高强度、耐久性、防火性、耐腐蚀性、抗紫外线、自洁性等特点, 由于PTFE树脂具有斥水、斥油、非粘着性等特性, 所以不容易附着脏物, 而且PTF E的表面摩擦力很小, 附着的脏物会被雨水自冲掉, 所以PTF E膜材料具有较强的自洁性, 一般使用多年不需要清洗仍可保持洁白, 而且由于PTFE膜材的基布采用的是玻璃纤维织物, 所以其具有很好的防火性能。目前世界上最早的PTFE膜结构是1973年建成的美国拉文大学活动中心, 经过了30年的风吹雨淋, 仍保持者良好的使用特性。

与PTFE膜材料相比, PVC膜材料在耐久性、防火性和自洁性上要相对差一些, 但是PVC膜材具有易加工, 价格便宜的优点。目前常用的PVC膜材料都是经过了表面自洁处理, 最常用的作法是在PVC的表面涂敷PVDF涂层, 现在国内最常见的就是采用了PVDF膜材的膜结构。另外, 近年利用二氧化钛TiO2光触媒的表面处理技术, 开发出了具有极强自洁去污作用的二氧化钛膜材料, 二氧化钛膜材料是在PVC膜材料表面上涂敷TiO2涂层, 二氧化钛在紫外线的照射下其光氧化还原功能将有机污染物氧化分解, 分解后的脏物将被雨水冲洗掉, 使膜面始终保持清洁。根据这两类膜材特性的不同, 在国外永久性建筑一般采用PTFE膜材料, 临时性或可以更换膜面的建筑采用PVC膜材料。

而E T F E具有以下优点:1) 具有较好的抗断裂、抗撕裂强度。2) 长度方向和垂直方向的强度比较平衡。3) 很好的抗自然测试表明它在力学、光学性能上没有什么改变。4) 透光率高, 可大于95%。5) 膜材均匀性好。

我国的膜结构建筑的设计、施工起步较晚, 目前大量膜工程仍采用PVC膜材。

膜结构是一种古老而又现代的建筑形式。所谓膜结构是指积极地利用膜状材料, 并在结构及建筑设计上能充分体现膜结构特点的结构形式。膜结构建筑不同于传统建筑, 其设计、制作和施工有许多特殊性。

膜结构建筑形式的分类:从结构上分可分为:骨架式膜结构, 张拉式膜结构, 充气式膜结构三种形式:

a) 骨架式膜结构

以钢构或是集成材构成的屋顶骨架, 在其上方张拉膜材的构造形式, 下部支撑结构安定性高, 因屋顶造型比较单纯, 开口部不易受限制, 且经济效益高等特点, 广泛适用于任何大, 小规模的空间。

b) 张拉式膜结构

以膜材、钢索及支柱构成, 利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。除了可实践具创意, 创新且美观的造型外, 也是最能展现膜结构精神的构造形式。近年来, 大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求高, 结构性能强, 且具丰富的表现力, 所以造价略高于骨架式膜结构。

c) 充气式膜结构

充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边, 利用送风系统让室内气压上升到一定压力后, 使屋顶内外产生压力差, 以抵抗外力, 因利用气压来支撑, 及钢索作为辅助材, 无需任何梁, 柱支撑, 可得更大的空间, 施工快捷, 经济效益高, 但需维持进行24小时送风机运转, 在持续运行及机器维护费用的成本上较高。

现今, 城市中已越来越多地可以见到膜结构的身影。膜结构已经被百富策略白菜网到各类建筑结构中, 比如体育建筑、商业建筑、文化建筑、交通建筑、景观小品、工业建筑在我们的城市中充当着不可或缺的角色。

目前的张拉式膜结构基本都百富策略白菜网与屋顶的维护结构。张拉膜屋顶的跨度大, 并有轻质、透明、可动和适应能力强的特点。因此它越来越多的被百富策略白菜网于体育场馆, 作为市场和街道的遮盖, 当作体育场或露天舞台的可移动屋顶等。

对于纯粹的张拉膜结构来说, 可能达到的跨度是相当有限的, 因此对于大型的张拉式膜结构来说, 会先建造一个由桅杆、环索和连系索、悬挂构件和稳定索等组成的主承重结构。然后在其节点之间用边缘索将围合的张拉膜区域逐个地张拉起来。

和索缆一样, 张拉膜也是被拉固的。所以必须给它施加预应力, 这样才能在其自重极小的情况下, 抗风雪荷载并保持稳定不变形。预应力必须足够的大, 这样才能在张拉膜不产生折叠的情况下支撑荷载。而预应力过大也是一种浪费, 结构会因蠕变而损坏, 从而降低了使用寿命。张拉膜屋顶的类型还可分为:固定的张拉膜屋顶、可以动的张拉膜屋顶和可以动与固定结合的张拉膜屋顶。

张拉式膜结构可以充分发挥建筑师的想象力, 又体现结构构件清晰受力之美。主要是通过不同的剪裁、切割和不同的节点而产生出不同的艺术表现形式。比如, 平行结合放射形的拼接和切割、星形裁剪和花瓣形的悬挂点。 (如图1~3)

张拉式膜结构可充分利用阳光、空气以及易与自然环境融合等特点, 它所表达的“建筑语言特征”呈现明显的“理性技术表现”倾向, 高耸的桅杆、异形空间钢结构体系、坚如射束的根根钢索、富于机械魅力的钢制大型节点、充满张力自然曲线的变幻膜体以及其他技术可望而不可及的大跨度自由空间, 都给人以艺术感染力和技术神秘感。在展现人的个性化、自娱性和多元性环境空间方面, 张拉式膜结构建筑有着独具魅力的建筑艺术特点, 作为一种现代化的工程结构, 显示了当今建筑与科学的发展水平。

目前我国的膜材生产还处于初级阶段, 国内现有的膜结构建筑用膜材, 绝大多数依赖于进口。张拉膜结构的技术也不够发达, 然而随着我国建筑业的发展, 新材料、新技术必将会逐渐百富策略白菜网到新建筑中来, 膜材和张拉膜结构以其独特的功能和结构艺术魅力, 会有广阔的发展前景。并且笔者认为, 对于膜材的百富策略白菜网不仅仅只限于作为屋面或遮盖材料, 随着材料性能的提高也可有其他的用途, 比如代替玻璃等。总之, 以膜材和张拉膜结构为基础的张拉膜建筑也会有发展的潜力。