膜结构的历史能够回忆到古代树木制成的帐篷, 然后固定在支撑树皮或野兽皮肤上。现代膜结构被广泛百富策略白菜网于从1970年大阪世界博览会建筑上开始, 由于膜结构的标志性建筑———美国馆以及富士博物馆引起了全球的注重, 从那以后, 膜结构获得了飞速进展。在那个时候, 根据专家的估计, 从1970年到1996年, 全球上大概有150个大规模的膜结构建筑。目前, 由于建筑膜结构新颖美观, 被大量百富策略白菜网到各种大跨度建筑, 重量轻, 跨度大, 抗震性优, 施工方便, 全面通过自然光。他们被叫做是“21世纪的绿色建筑”。根据相应的优势, 与建筑结构相匹配的建筑膜材也逐渐崭露头角。其重量轻, 强度高, 阻燃, 防污, 自洁, 透光性好, 安全使用寿命长, 是膜结构中的重要材料。现阶段, 膜正在慢慢朝着功能化和智能化进展。

膜结构也叫做织物结构, 是20世纪中期发展起来的一种新型空间结构。它由柔软的织物制成, 具有优异的性能, 由膜内气压支撑的膜表面, 或柔性钢索或刚性支撑结构。膜表面产生相应的预张力, 形成具备相应刚度的结构体系, 可以覆盖大空间。膜结构的起源能够回忆到古代人用牛皮, 或是布制成的帐篷结构。但是, 长期以来, 因为技术因素, 这种结构并没有得到很快的发展。1970年, 日本大阪世博会, 由美国工程师David Geiger美国馆设计, 屋顶百富策略白菜网空气支撑膜结构, 平面尺寸为83.5m×142m, 运用PVC涂层玻璃纤维织物结构。它被普遍认为是现代意义上的首个大跨度膜结构。其外观导致了未来大跨度膜结构建筑的进展。现代膜结构虽然只出现几十年, 但发展快速。可运用于体育场馆, 机场大厅, 展览中心, 购物中心等大规模的公共建筑, 也适用于小规模多样的休闲景观设施, 建筑等。

与以往结构比较, 膜结构具备下面几个特征:

(1) 重量轻, 跨度大, 抗震性能好。薄膜结构和重量相比, 传统结构的数量级差异。能够轻松跨越一个较大的跨度, 但与以往的建筑材料不同, 因为跨度的增加显着增加了自重, 自重轻, 膜结构具备优秀的抗震性能。

(2) 建筑风格自由而丰富。各种建筑造型的膜结构奇特, 新颖独特, 具备时代感, 为建筑师带来了更大的想象空间和创意空间。

(3) 施工方便。膜材料的切割, 焊接等工作通常是在工厂制作, 现场一般是将薄膜安装到位。与以往的建筑比较, 施工步骤简单, 施工工期大大缩减。

(4) 透光性。膜具备较好的透光性, 透光率大概为7个百分点至16个百分点。白天形成自然的阳光漫社, 普遍没有人造照明, 节省能源消耗, 而室内夜晚的光线通过膜表面到夜空增加了梦幻般的夜色。

(5) 自洁性。膜材的表面涂层, 尤其是以聚四氟乙烯 (PTFE) 为涂层的膜材, 在不粘性能方面尤其优异。大气中的灰尘和污垢不容易附着在膜的表面, 灰尘也会被雨水冲走, 多年使用仍可以维持内部清洁美观的外观。

除了上述优点之外, 膜结构也具有相应的缺点。如耐久性, 保温性能和隔音性不如传统砖石, 钢筋混凝土等材料, 还需要不断研究。

按照相应的支撑模式, 膜结构一般分为空气支撑, 张拉式和骨架支撑三类。

(1) 空气支撑式膜结构。空气支撑膜结构是通过膜内外的气压来稳定膜表面以承受外部负载。可划分成气承式和气囊式两种。气承式利用压力控制系统向建筑物室内充气, 室内外保持相应的压力差, 使膜体产生相应的预张力, 以保证系统的刚性。气囊式是为了维持足够的内部压力而使单个膜件充气。多个膜结构被组合以组成相应形状的整体结构。充气膜结构是使用现代膜结构早期发展的膜结构, 他主要使用PTFE基膜材料, 用于一些体育场馆, 贸易场馆和音乐厅等。然而, 到了80年代中后期, 充气膜结构慢慢产生了相应的问题, 通常是因为控制系统意外漏气或不稳定而导致的屋顶下陷。另外, 充气膜结构的成本和维护成本比较贵, 人们逐渐间目光转向张拉式膜结构。

(2) 张拉式膜结构。张拉式膜结构是从索网结构发展产生的, 取决于膜本身的预张应力和拉索, 支柱组成的结构机制。就是要取决于膜本身的张拉应力, 以及支撑杆和拉索一致构成制度体系。以膜材, 钢索和支柱的组成, 通过钢索和支柱进入膜材的张力, 以实现结构的稳定。除了实践创意, 造型新颖美观外, 还最可以体现膜结网以支持上层膜材的构成。由于此类膜结构与膜材料都要承受力量, 因此张拉式膜结构要求百富策略白菜网的膜材料要有良好的抗拉性能及其良好的延展性能, 因为膜结构建筑时间年限较久, 因此在膜材料的耐久性能上也有一定要求。这类膜结构因建造精度高, 结构性能好, 表现力丰富, 因此成本稍高于骨架膜结构。

(3) 骨架支撑膜结构。骨架支撑膜结构是指以刚性结构为承重骨架、并在骨架上敷设张紧的膜材的结构形式。刚性骨架是主要受力体系, 膜材仅作为围护结构, 故设计、制作比较简单, 工程造价相对较低。但这类建筑膜结构并未发挥出膜材料本身的结构承载力, 跨度也受支撑骨架的限制。这类膜结构主要是百富策略白菜网于早期膜结构刚出现且膜材料的各种性能不够好的时候百富策略白菜网比较多, 随着技术的日益完善, 这类膜结构也逐渐被张拉式膜结构索取代。这种结构对于膜材的要求很低, 对膜材的抗拉性能和蠕变性要求很低, 多百富策略白菜网PVC类膜材料。此类建筑对膜材料与之前两种膜结构相比对膜材料的要求相对较低, 在本文中没有做详细介绍。

现阶段, 建筑膜行业更是按照建筑膜的防火性能把其划分成A, B, C三类。A类膜防火性能较好, 是以玻璃纤维, 聚四氟乙烯涂层为基础, 多用于大规模膜建筑项目;B类为其次, 以玻璃纤维涂层PVC为基础, 大量百富策略白菜网于国内外;C类落后。它由聚酯纤维为基础, 并涂有PVC。它适用于一次性建筑物或低投资的临时建筑物。此外, 还有几个特殊的膜材, 普遍的建筑膜分类可见表1所示。

从结构组成的立场来看, 膜材料是由树脂或橡胶等基材在织物基材上制成的叠层柔性复合材料, 通常由基布、涂层和面层三个部分构成。其中, 基布到来了膜材料的力学性能, 特别是抗张拉性能。聚合物涂层使膜材料具备抗环境因素的能力, 面层带来了膜材料自洁, 以及抗紫外线的能力。膜材料基布一般有两种:聚酯长丝以及玻璃纤维。

(1) 聚酯长丝 (涤纶PET) 。涤纶的合成原料是乙二醇和对苯二甲酸。引入苯环的目的在于增强材料的熔点以及刚度。涤纶的特征是:熔点高, 机械强度低于150～175℃, 耐溶剂, 耐腐蚀, 耐磨, 耐油腻, 能够多次洗涤, 透水性适宜。它是最大的合成纤维品种。如果用丁二醇替代乙二醇能够制成熔点较低的较软的涤纶聚酯。

(2) 玻璃纤维。玻璃被加热并熔化并被拉成长丝, 也就成为了玻璃纤维。玻璃纤维具备良好的抗拉性能, 耐热性, 电绝缘性等优点, 玻纤的抗拉性能远超一些天然的纤维和合成纤维及钢材, 但其弹性模量低, 仅仅为钢材的1/3左右, 归类于干脆性材料, 但是在300℃以内其性能较为稳定, 作为建筑膜材料的成分属于最好的选择。

2004年中国出台了“膜结构技术规程”, 把膜材料划分成G, P两类, 依次对应玻璃纤维和聚酯纤维产品。G类是不燃膜材料, P类是为难燃膜材料。按照结构承载能力的要求, 可划分成A到E共五个等级, 可见表2和表3。

(1) PTFE膜材。以玻璃纤维织物为基层, 在其表面涂敷PTFE的膜材料的质量比较好, 其自身强度比较高而且其蠕变量比较低, 这种膜材的接缝处可以达到和基本膜材的相同强度, 可以说是无缝连接。膜材的耐久性能好, 不会因为在大气环境中出现发黄、发霉甚至出现裂纹的现象, 也不会因为长期受紫外线的照射作用而出现性能退化的现象。

PTFE膜材属于非燃性材料, 具有很好的耐火性能, 满足了大型场所出现火灾损失惨重的现象。膜材拥有极强的防水抗渗的性能, 弥补了以往砂浆混凝土材料不能克服的现象, 这类膜材自洁能力极强, 但是它的造价比较昂贵, 膜材比较刚硬, 施工操作时柔顺性稍差, 因此设计的精确度就尤为重要, 其设计参数如表4所示:

(2) PVC膜材。这类膜材是在聚酯纤维上涂敷PVC制成, 造价与第一类膜材相比要低很多, 但强度要低于PTFE膜材, 但是其蠕动性能要优于PTFE类膜材很多, 抗拉性能优异, 延展性好, 便于制作, 对于施工中裁剪过程遇到的误差有相当好的适应性, 但是这类膜材也有它的短板, 耐久性和自洁性是它存在的不足, 且容易老化和变质, 不能很好的适应建筑耐久性的需要。为了改变PVC膜材的这种窘状, 目前常在涂层外面再加涂一层 (外涂层材料通常为聚氟乙烯 (PVF) 或聚偏氟乙烯 (PVDF) , 通过双涂层操作极大地改善了这类膜材的耐久性能和自洁性能, 但在造价方面与之前相比, 成本稍高, 但与PTFE类膜材相比还是廉价不少, 而且可以满足一些年限较久的建筑的需求, PVC类膜材的设计参数见表5:

(3) ETFE膜材。ETFE建筑膜材的研发和在膜结构建筑上的百富策略白菜网在国外也不过才20多年的历史, 目前能生产出ETFE树脂膜材的公司比较少, 目前用于建筑膜结构上的ETFE膜材是通过生料加工而成的薄膜, 厚度通常都在0.05mm到0.25mm之间, 虽然膜材的厚度很薄, 但是这种薄膜的耐久性和抗拉性能等都远超过前两种膜材料, 并且这类膜材拥有前两类膜材所不具备的性能, 拥有很好的透光性, 2008年我国主办运动会场馆所用膜材料即为这种膜材料。实验数据表明0.2mm的ETFE膜材的密度约为350g/m2, 可谓是质量非常轻, 但是它的抗拉强度却达到了40Mpa。由于这类膜材料的生产技术还不够成熟和完整, 因此此类膜材料的造价很高, 在膜结构建筑物中还没有被广泛百富策略白菜网, 通过对资料的查阅, ETFE的设计参数如表6: