膜结构 (Membrane) 是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式, 是由多种高强薄膜材料 (PVC或Teflon) 及加强构件 (钢架、钢柱或钢索) 通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状, 作为覆盖结构, 并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。充气膜结构是靠室内不断充气, 使室内外产生一定压力差 (一般在10~30 mm水柱之间) , 室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力, 从而实现较大的跨度。张拉膜结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型, 其造型非常优美。

膜结构的雏形可追溯到古代游牧民族使用的帐篷结构。世界上第一座充气膜结构建成于1946年, 设计者为美国的沃尔特·勃德 (W.Bird) , 这是一座直径为15 m的充气穹顶。1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议, 无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。

张拉形式膜结构的先行者是德国的奥托 (F.Otto) , 他在1955年设计的张拉膜结构跨度在25 m左右, 用于联合公园多功能展厅。由于张拉膜结构的发展离不开计算机技术的进步和新算法的提出, 因此计算机技术的迅猛发展为张拉膜结构的百富策略白菜网开辟了广阔的前景。而特氟隆膜材料的研制成功也极大地推动了张拉膜结构的百富策略白菜网。比较著名的有沙特阿拉伯吉达国际航空港、沙特阿拉伯利雅得体育馆、加拿大林德塞公园水族馆、英国温布尔登室内网球馆、美国新丹佛国际机场等。

PTFE膜材是在超细玻璃纤维织物上涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。这种膜材有较好的焊接性能, 有优良的抗紫外线、抗老化性能和阻燃性能。另外, 其防污自洁性是所有建筑膜材中最好的, 但柔韧性差, 施工较困难, 成本也十分惊人。

这种膜材开发和百富策略白菜网得比较早, 通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2 mm, 一般涂层不会太厚, 达到使用要求即可。为提高PVC本身耐老化性能, 涂层时常常加入一些光、热稳定剂, 浅色透明产品宜加一定量的紫外吸收剂, 深色产品常加炭黑做稳定剂。另外对PVC的表面处理还有很多方法, 可在PVC上层压一层极薄的金属薄膜或喷射铝雾, 用云母或石英来防止表面发粘和沾污。

有机硅树脂具有优异的耐高低温、拒水、抗氧化等特点, 该膜材具有高的抗拉强度和弹性模量, 另外还具有良好的透光性。

合成橡胶 (如丁腈橡胶, 氯丁橡胶) 韧性好, 对阳光、臭氧、热老化稳定, 具有突出的耐磨损性、耐化学性和阻燃性, 可达到半透明状态, 但由于容易发黄, 故一般用于深色涂层。

由ETFE (乙烯-四氟乙烯共聚物) 生料直接制成。ET-FE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性, 而且机械强度高, 加工性能好。

目前建筑膜材广泛认可的标准是日本JISA-93所规定的A、B、C三类, 是根据其防火性能的优劣来划分的。

A类

A类最好, 以玻璃纤维织物为基材涂PTFE而成;

B类

B类次之, 以玻璃纤维织物为基材涂PVC而成;

C类

C类是三类中最次的, 以聚酯 (涤纶) 织物为基材涂PVC而成。

按涂层材料分, 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) 、橡胶等。

膜结构建筑不同于传统结构建筑, 膜结构大多是空间整体支承结构, 是由骨架与覆盖其上的膜材共同组成的, 整体全部施加预张力。而传统的结构与建筑主体密切相连。有些甚至与主体结构不可分割或很难分割, 结构类型多且受力特性不同, 传统结构建筑的造型因受结构的影响而单一没有想像力。膜结构建筑的膜材具有良好的可塑性和连续性, 它的曲线美超越了传统建筑。膜结构与传统结构建筑相比有四大的特点。

1) 轻质。张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多, 但却具有良好的稳定性。建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件, 将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。

2) 优良的光学、热学特性

膜材是半透明的织物, 对自然光有反射、吸收和透射能力, 其透光率随类型不同可达4%~18%。白天基本上无需人工照明, 即可达到采光要求;同时, 经膜材透射的光, 呈漫发射, 光线柔和宜人, 无眩光, 给人一种开敞、明亮的感觉。膜材将大部分阳光反射掉, 使热带地区的膜建筑内, 温度不太高, 且减少或免除紫外线对人体的伤害。膜材耐高温, 特氟隆在100~120℃下仍能保持性能不变;低到-30℃时, PVC膜材不会变脆。在寒冷地区, 用双层膜结构, 有良好的保温隔热作用, 从而使膜建筑做到不受季节、气候的影响。

3) 良好的不燃、阻燃性和自洁性。PVC膜材表面还涂有PVDF (聚偏二氟乙烯) 薄膜, 使抗腐蚀及抗污能力大大增强。有极稳定的化学性能, 耐腐蚀、抗脏污, 因此膜建筑表面经雨水冲刷, 即能自洁。

4) 良好的工艺性能。膜材厚度仅0.5~1 mm, 单位重量约为0.5~1.5 kg/m2, 是传统覆盖材料重量的1/30, 这就减少了对墙、柱等支承构件及基础的要求。膜结构的骨架和支承体系大都为轻钢结构, 其加工制作、安装均较容易进行;膜材打卷运输, 包装简易, 其成型可事先在工厂剪裁、热合而成, 安装施工简易。这些, 不仅仅大大缩短了工期, 也使工程造价比传统建筑降低15%~30%。

膜材采用法拉利高强聚酯纤维编织成基材, 基材两面涂以PVDF树脂加工而成。具有良好的抗拉、抗撕强度与良好的耐热、耐水、耐久、防火、透光性能。

开挖成型后, 浇注完垫层混凝土后绑扎钢筋、立模和安装预埋螺栓。螺栓预埋在安装、就位、混凝土浇注过程中要跟踪测量, 确保位置精度符合规范要求。分层回填, 分层夯实。

1) 工艺流程:制作加工台座→零件放样→剪、冲、锯→零件平直→边缘加工、制孔→拼装→焊接→矫正→端部铣平→喷砂除锈→涂装。

2) 钢柱加工。制作拼装台座要求平整, 确保零件放样、加工与钢柱拼装精度, 涂装的环境温度应选定在5~38℃之间, 相对湿度不大于85%, 保证涂装厚度。

3) 钢柱吊装。吊装前, 对基础进行轴线和标高检查并在混凝土上弹出墨线然后将预留钢板就位并调平。吊装时将钢丝绳系在钢柱顶部, 缓慢提起, 钢柱直立后, 吊装至基顶, 人工配合就位, 并经过初校后, 装上连接螺母, 松开钢丝绳。最终校正采用撬棍与千斤顶进行, 检查垂直度、位置与标高。

校正后, 紧固螺栓, 将钢柱底板与预埋钢板上下焊牢。然后进行连接件焊接, 焊接前放样并抄平, 局部偏差用连接件调整。拼装后, 用连接杆调节, 使标高一致。

首先对膜体剪裁, 剪裁后进行安装, 安装前对膜体、节点板、拉索、铝压条、不锈钢螺栓数量和型号进行检查, 按膜体分区分类摆放。安装时, 自一端开始, 两边同时安装, 用卷尺控制结点间距离, 拧紧链接螺栓。再将拼装好的膜体成品顺向卷好, 用手动葫芦与爬杆吊装至梁上, 再将膜体展开并拧紧一侧结点板与梁上预焊连接件的螺栓。

当膜体全部安装完毕, 采用紧固拉索上螺栓对拉索施加应力, 通过拉索传递将张力导入膜体。保证经过张拉后的膜体平整无皱褶, 各个方向受力均匀。膜材张拉完后, 将压杆轻轻放下, 垫上橡胶止水板、开眼和紧固螺栓, 同时对各钢柱间连接杆进行调整, 确保各钢柱间连接受力均匀。

近年来, 随着建筑空间观念的日益深化以及科学手段的不断提高, “回归自然”、“沐浴自然之温馨”已是现代建筑环境学发展的主流。室内外的视线越来越模糊, 出现了许多亦内亦外、相互渗透的不定空间, 如:天井、四季厅、动植物园、体育、文化娱乐场所等。由于膜材的光透性, 白天阳光可以透过膜材形成慢射光, 使室内达到和室外几乎一样的自然效果, 因此膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式。

一个城市的中心区反映一个城市的地理风貌和民族风情, 同时, 也是一个城市文化发展程度的标志。而景观设计要求其具有广泛的可观性、雅俗共赏, 既有超凡脱俗的艺术价值, 又能使大众喜闻乐见与大众息息相通。膜结构以其鲜明的个性和标识性, 百富策略白菜网于城市小品设计中。

在绿色空间中构造一座膜小品或者走廊、亭台水榭、休憩遮阳伞等, 不仅生动地美化了环境, 又有很强的功能性 (人们可以在行走之暇小憩一会儿) , 而且增加了空间的参差感。

随着都市现代化步伐的加快, 汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。我国由于汽车工业高速发展, 城市的汽车拥有量成倍上升, 但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求, 常常是车无停放之地。所以在建设规划时就应充分考虑停车场的问题, 把停车场的建设和规划当成现代城市建设规划的重要组成部分, 变得越来越重要。同样, 膜结构在停车场建设中也担当重要角色。

膜结构不仅在停车建设中担当重要的角色, 在交通设施中膜结构还有许多方面的运用, 如膜结构火车站台、膜结构高速公路收费站等等。

膜结构的诸多优势已为国内外的大量工程实践所证实。根据建筑师的创意, 膜结构可以塑造出传统建筑难以实现的许多优美的曲面造型, 可以经济合理地覆盖大跨度空间, 同时在照明、声学、防火、保温、节能与自洁等方面也具有许多优点。近年来膜结构在我国内地已获得较多百富策略白菜网, 但仍属起步阶段, 与国外先进水平相比还存在着明显差距, 我们还有许多需要学习发展。