在倡导发展低碳节能和绿色智能建筑的今天, 集力学、精细化工等为一体, 建筑与结构完美结合的结构体系——膜结构, 已发展成为本世纪最具代表性的建筑结构形式。它是从20世纪中期逐步发展起来的, 而最早的膜结构则是1967年在加拿大蒙特利尔展览会上的德国馆[1]。20世纪末, 欧洲将膜材用作建筑屋面材料, 被百富策略白菜网于植物园、动物园及游泳馆等建筑中。膜结构建筑的开发与百富策略白菜网, 可以摆脱对钢材、木材、混凝土等传统材料的依赖, 为建筑带来一场新的革命[2]。由于它具有高透光性, 和处于含氯消毒剂、温暖潮湿、强紫外线照射等诸多恶劣环境下的良好的耐久性能的表现, 已被百富策略白菜网于工业、商业等建筑领域里。此外配合LED灯的组合照明设计的运用, 可营造出建筑极其丰富的光环境外观形态, 达到很好的视觉效果, 也是其他建筑材料所很难实现的。

膜结构主要的研究方面有膜单元的制作和加工, 膜材的性能及对结构作用的分析, 膜结构的动力特性研究, 膜结构褶皱处理和安装施工方法及预应力的施加等。对于一个成功的建筑而言, 除了前期建造成本需进行控制之外, 更为重要的在后期使用运行费用成本。鉴于此点, 在施工快捷、节能等方面有诸多优点膜结构的优势便不言而喻。膜材具有多方面良好的热工性能, 决定了它多被百富策略白菜网在建筑的外围护结构部分为建筑提供符合要求的室内卫生环境[3], 同时再配以良好的建筑运行管理措施, 便可降低建筑的使用运行成本。膜材还能够直接与钢结构等结构组合运用为承重结构这就为大跨度、大空间绿色建筑的成熟运用起到了不可忽视的推动作用。在倡导绿色环保、节能低碳生活的今天, 膜结构在这方面的作用及未来的发展无疑将处于举足轻重的地位。

膜材在张拉成形后的一段时间内, 会产生徐变和松弛效应。膜材型号、荷载水平、荷载历史以及边界支撑方式将对徐变与松弛产生影响, 一般膜结构预应力水平在2~10k N/m, 要求其最低值不能使膜面在基本荷载组合 (风压, 雪荷载) 下出现局部松弛[4], 在膜结构设计时需要仔细考虑。通过模型和现场试验表明, 在一定荷载水平下, 其在荷载初期徐变发展快, 此后徐变逐渐减小。膜材徐变快速发展期一般认为在1h~9h, 然后基本停止。

虽然薄膜本身有很高的抗拉强度, 但如果用尖锐的物体刻划很容易被破坏。一旦膜被破坏, 需要及时进行补救。通常用专用的胶带贴补, 如破损过大, 则需重新安装, 并且需要做好维修和养护工作。对于气枕结构来说, 内压对整个气枕的影响是非常关键的, 温度对气压的影响又是非常的明显。所以在遇到温度骤降, 天气恶劣的情况下充气膜结构的承载能力会急剧下降。如加拿大气承式的膜结构B.C.大型运动场, 它上部的ETFE薄膜的厚度为1/30英寸[5], 在遭受近一个月的冷空气、强风和大冰雹的袭击后于整个屋顶坍塌。

膜单元在加工场粘接完成, 成品需要进行折叠, 然后再运送到施工现场, 安装之前应清扫地面, 保证膜材展开地面清洁干净、无尖锐物体。膜结构开始施工时只是先将部分节点固定在约束端, 而其它的节点是张拉端, 这种初始悬挂的几乎无预应力的膜受力情况复杂, 在此阶段中膜结构处在虽吊装到位但尚未永久固定, 未被张拉的相对松弛状态, 施工中极易被风鼓起甚至吹走。同时还未张来紧的膜在风作用下产生抖振效应, 使膜材产生疲劳损伤, 加大了风坏效应产生的概率, 最终大大降低其使用寿命。

为保证膜材与连接主体的边界能够很好的结合, 特别是与膜单元连接的边界, 如刚性边界钢结构的安装精度对膜面和拉索施工质量影响大, 膜材与刚性边缘构件连接时, 夹具应连续、可靠地夹住膜材边缘夹具与膜材间应设置衬垫, 其有棱角时, 须先倒角, 使膜材光滑过渡, 避免划伤膜材影响其耐久性。若钢结构安装精度不到位, 会导致膜面应力不均匀和出现褶皱等, 直接影响膜面的成形。所以在膜材下料加工制作之前, 应对膜材与主体结构连接部位的尺寸进行复测, 了解膜结构施工各环节的具体要求, 从而保证和提高制作精度质量。

薄膜结构施工时由于膜材料不是弹性材料, 较大的残余变形和徐变都会导致张力损失, 所以要分段进行初期张力的施加, 利用调节系统定期及时的补充张力损失。如果所施加的初期张力达不到设计要求, 膜面得支撑刚度不足以抵抗外荷载, 膜面会产生皱折和松驰现象, 从而影响膜结构的正常使用, 因此应全面考虑张力分布的各种影响因素。安装时的张拉顺序、预张力的施加方式及量级等等都会影响到曲面的最终形状、影响到结构的刚度和稳定性。此外膜材特性也会加大施工难度, 如PTFE膜材, 其材质强度大、禁折压, 而且膜单元安装通常需要在高空展开, 其稳定性的控制难度大;而且其补偿值极小, 索膜连接接点定位要求高。

总之, 膜结构除了施工安装工艺经验不足, 企业经营运作方面缺乏经验之外, 在设计、加工与安装等各施工控制环节, 还有很多问题值得去进一步研究。这就需要高校及科研院所同膜结构施工企业等多方进行交流和合作, 加强膜结构的施工方法的研究, 以及理论研究和实践探讨。