膜结构是建筑结构中新发展起来的一种形式。它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。与传统的刚性结构有很大的不同，膜结构具有质轻、薄而柔软的特性，在建筑造型上能创造出新颖独特的形式。由于膜材的透光性使膜结构的内部形成明亮的空间，单位面积内相对较轻的重量使其能轻易地跨越较大距离，形成完整的大空间，其结构形式具有很强的适应能力。它可百富策略白菜网于体育场馆、展览馆、会议厅、机场候机厅等对大空间有需求的建筑和街景小品等构筑物。膜结构也因其简洁优美的曲面造型和卓越的光学、力学、保温、耐火、防水、自洁等性能被誉为21世纪的建筑。

过去人们习惯地把膜结构视作帐篷，而帐篷只能算是一个临时性建筑，它不够牢固，不能防火，也不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了，其中关键的问题是材料。膜结构是一种由高强薄膜材料及加强构件（钢结构或拉索）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，可作为覆盖结构并能承受一定外荷载的空间结构形式。膜结构以良好的自洁性、隔热性以及高强耐久、造型新颖和自重轻等优点广泛百富策略白菜网于各类休闲小品、轻型大跨度无柱空间或轻型屋盖建筑结构。由于膜结构是一种张力结构，只有在一定的张力作用下，膜结构才有一定的形状和刚度，因而膜结构建筑表现了力的平衡美，是一种受力最为合理的结构形式。采用轻质膜材，同时辅以柔性拉索、轻型钢桁架的结构形式，可以很好地达到大跨度、覆盖大空间的目的。用于膜结构的有两种主要建筑织物，即涂敷聚四氟乙烯（PTFE）的玻璃纤维织物和涂敷聚氯乙烯（PVC）的聚酯织物。PTFE具有强度高、半透明、耐火不燃以及自洁性好的特点。虽然材料的保证年限是25年，但按照实际使用的经验，实际使用寿命将会更长。玻璃纤维膜材的唯一缺点是价格较高。PTFE膜材主要百富策略白菜网在大型体育场馆、展览馆、会议厅、机场候机厅等对大空间有需求的建筑。PVC聚酯织物与玻璃纤维织物相比，其强度等性能稍差，使用年限也较短，但价格却较便宜，大约在1/5左右。为了改进其性能，可以在涂层外再加一个面层，成为聚氟乙烯（PVF）或聚偏氟乙烯（PVDF）。这种面层能保护织物抵抗紫外线的侵蚀，并改进其自洁性。PVC膜材主要百富策略白菜网于景观建筑、街景小品等构筑物。[1]

近年来一种新兴膜结构材料，乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE），在国内大型和重点工程等尖端领域中开始被广泛百富策略白菜网。它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。由ETFE制成的膜材替代传统的玻璃和其他高分子采光板、PTFE膜材料等用于大型建筑物的屋面或墙体材料，显示出无可比拟的优势。ETFE膜为现代建筑提供了一个创新解决方案。由这种膜材制成的屋面和墙体，重量小，只有同等大小玻璃重量的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐火性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达200℃，并且不会自燃。作为大型公共建筑建筑材料的ETFE膜，更大的优势还在于它们可以加工成任何尺寸和形状，以满足大跨度要求，节省了中间支撑结构，可以设计出简洁高雅的结构。作为一种充气后使用的材料，它可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用天然光，节省能源，并在提供良好透光度的同时，也兼有保温隔热性能。又由于质量轻，它可以根据需要设计成可方便开启和关闭的活动屋顶，满足大型公共设施通风透气、天然采光的需求。不仅如此，这种膜还具有良好的声学性能，可以有效地消除回声，避免了其他膜材、或硬质层顶所产生的噪声。同时，它还具有的自清洁功能，可使灰尘不易附在其表面，雨水能冲刷掉表面的附着物，清洁周期大约为5年。这种材料的另一个优点是，可在现场预制成薄膜气泡，方便施工和维修，加上成本合理，使其极具竞争力。ETFE膜使用寿命为25～35年，是用于永久性多层可移动屋顶结构的理想材料，达到B1、DIN4102防火等级标准，燃烧时也不会滴落，ETFE膜完全为可再循环利用材料，可再次利用生产新的膜材料，或者分离杂质后生产其他ETFE产品。能够在-70℃～230℃的温度范围内使用，且材料难燃。ETFE膜还具有独特的光学性能，白天入射光线成为天然漫射光，防止眩目，无阴影，光线均匀分布，几乎无紫外线透过，防止了内部装饰材料和设计的褪色。夜间高反射性能使空间具有卓越的照明效果。

综上所述，膜结构的突出特点之一就是它形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。采用一般结构的建筑物，其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同，首先它的变形比一般结构要大一些，其次它的形状是在施工过程中逐步形成的，有一个形状确定的问题，需要结构工程师的参与。对于气承式空气膜结构来说，充气之后的曲面主要是圆球面或圆柱面，可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承的膜结构，其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。也就是说，膜结构设计打破了传统的“先建筑、后结构”做法，要求建筑设计与结构设计紧密结合。要确定在初始荷载下结构的初始形状，即结构体系在膜自重（有时还有索）与预应力作用下的平衡位置。在初步设计阶段，先按建筑要求设定大致的几何外形，然后对膜面施加预应力使之承受张力，其形状也相应改变，经过不断调整预应力，最后就可得到理想的几何外形和应力分布形态。因此，在设计过程中，建筑师和结构工程师要一同确定建筑物的形状，并进行必要的计算分析。这时，所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素，一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果。

德国汉堡联合利华办公楼

膜结构工程是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学和计算机科学等于一体的高科技工程。膜结构形状的千变万化，突出地表现在历年各国举行的博览会上。在这些博览会上，大大小小的展览馆，无一不以新颖奇特的造型来吸引观众，而膜结构就能用来达到这样的目的。其他像在候车亭、电话亭、走廊和厕所上也都出现了用膜材构成形式各异的建筑小品，蔚为壮观。膜结构技术在发达国家百富策略白菜网已有50多年的历史，发展势头强劲。但从严格的结构受力的意义来说，膜结构始于1970年日本大阪博览会上一座气承式膜结构的美国馆。当初在大阪博览会上的美国馆，由于是临时性的展览建筑，采用的膜材是涂覆PVC的玻璃纤维织物，算不上先进，但在强度上也经受了两次速度高达140km/h以上台风的考验。从膜结构的跨度来看，近似椭圆形的美国馆，两个方向的跨度分别为140m和83.5m。作为一种真正的现代工程结构，大阪万国博览会的展览馆标志着膜结构时代的开始。自此以后，膜结构在世界范围内得到了迅猛的发展。以后出现的东京后乐园的气承式膜结构，最大跨度达201m，而美国亚特兰大的佐治亚穹顶，以椭圆形的屋顶覆盖了240m×192m的索膜结构。从当前的技术和材料条件来看，完全有可能用膜结构来修建1, 000m的大跨度建筑。从所覆盖的面积来看，1981年建造的沙特阿拉伯吉大机场大厅的悬挂膜结构占地42万m2。而如今在沙特阿拉伯的米拿，为了庇护来往的朝圣者，正在分三期建设与吉大机场类似的膜结构，总面积在100万m2以上，堪称“帐篷之城”。[2]

作为膜结构的一种新形式，索穹顶于1988年首先用在汉城奥运会的体操馆与击剑馆，其后又推广到其他体育建筑中，例如1996年亚特兰大奥运会的“佐治亚穹顶”，拟椭圆形的尺寸达240m×193m。为了庆祝新千年的到来，英国在伦敦建成了直径达320m的“千气穹顶”。整个展览大厅总面积为8万m2，覆盖其上的是72块PVC涂层的玻璃纤维织物板。这座直径320m、以12根高达100m的桅杆所支承的圆球形屋顶采用了张力膜结构。千年穹顶以其独特的膜结构，显示了当今建筑技术与材料科学的发展水平。目前，膜结构已成为结构设计选型中一个主要方案，成为化纤纺织品百富策略白菜网的一个重要领域。随着计算机技术的不断进步，膜结构的形状就更多地依靠计算机来确定。在膜结构设计理论中还出现了专门的研究课题—“找形”（formfinding）。为了寻求合理的几何外形，这个过程通过计算机的几次迭代，就可确定膜结构的初始形状。

近年来，我国的现代空间结构技术有了长足的进展，特别是膜结构的发展规模是十分鼓舞人心的。从1995年开始，当年只造了一个面积为3300m2的膜结构，从1996年到2001年，6年内建造的膜结构估计达370, 000m2。由于一些大型体育场的建成，膜结构的建设以平均每年20%的速度增长。仅2003年建造的膜结构就约为180, 000m2。膜材被用在大小不等的体育场篷盖上，并占据了膜结构相当大的份额，比如，PTFE膜结构在我国的一些大型体育场馆中广泛使用，如上海八万人体育场、上海虹口体育馆和上海国际赛车场副看台等。其主要百富策略白菜网于对结构采光要求不是太高、整体隔热性能、环保指标要求不严的开放式、非365天运营的大型公共设施。广州新白云机场候机楼采用了膜材作为屋盖的一部分，就有巨大的58000m2面积。候机大楼很可能成为膜结构的另一个潜在百富策略白菜网对象，因此我们有理由预测中国的膜结构将继续以每年20%的速度增长。目前国内有很多厂家都能生产PVC涂层的聚酯织物，但其性能尚未完全达到建筑织物的要求，作为建筑用的永久性材料尚需进一步提高。最近有些公司正在试制PVC面层的聚酯织物和PTFE玻璃纤维织物，外观和性能都大为改进。

(1）水立方。国家游泳中心（即“水立方”）是2008年北京奥运会标志性建筑物之一，也是北京市政府指定的唯一由港澳台侨胞捐资建设的奥运场馆。“水立方”是世界上最大的膜结构工程，其外墙体和屋面围护结构采用新型钢膜结构体系。该钢膜结构体系由一系列类似于细胞、水晶体的钢网架单元和世界上最为先进的环保节能ETFE充气薄膜共同组成。它总共由3000多个气枕组成，气枕大小不一，形状各异，覆盖面积达到10万m2。蓝色的表面出乎意料地柔软但又很充实。这种材料的寿命超过20年，目前世界上只有三家企业能够完成这种膜结构。考虑到场馆的节能标准，膜结构具有较强的隔热功能。[3]

(2）广州新火车站。广州新火车站是广州市最大的交通枢纽，它也成为一个新地标式建筑群体。针对该项目的重要性，作为外围护工程的屋面，膜结构工程的选材显得尤为重要。为了使屋面膜结构的选材具有优越的功能性、施工便利性和结构先进性，屋面采用ETFE膜材，其透光率为所有膜材中最好的。根据位置和表面印刷的情况，ETFE膜的透光率可达95%。该材料不阻档紫外光线的透射，以保证建筑内部天然光。通过表面印刷，该材料的半透明度可进一步降低到50%。根据几何条件及膜的层数，其K值可高达2.0W·m-1·K-1，耗能指数以一个三层印刷的膜为例可达到0.77。气枕式充气结构能起到很好的隔热、保温、环保和降低能耗的功能。

(3) 上海世博会。上海5.28km2的世博园区不仅是人们参观游览的胜地, 其本身也将成为世界建筑的“博览会”。不同国家、地区及各类组织带来风格各异的展馆建筑, 将使这里成为名副其实的“地球村”。世博轴是世博园区空间景观和人流交通的主轴线, 长约1045m, 宽约100m, 也是园区内最大的单体项目。世博轴不仅仅是一条轴线, 更以其自由轻盈的形态成为世博园内最醒目的一道景观。6个圆锥型“阳光谷”如6朵盛开的“鲜花”随意“飘落”在世博轴上。为了构成“阳光谷”大挑悬和空间不规则的形态, 结构体系确定为由三角形网格组成的异形单层网壳, 超白夹胶安全玻璃被嵌在三角形网格内。因为要形成不规则的曲面体, 三角形是最好的能整合成光滑平面的形状, 使得“阳光谷”的整体造型更加完美。连接“阳光谷”的索膜结构由69块巨大的白色膜材拼装组成, 总长度约840m, 最大跨度约97m, 总面积约64000m2, 这一超大体量规模的全索膜结构在国内尚属首次。与“阳光谷”一样, 69块膜材的尺寸、形状也各不相同, 且错落吊装在世博轴顶部。在10m平台上, 人们可以选择能够遮阳避雨的“伞”下, 也可以尽情地亲近大自然的阳光雨露, 大空间也因为不规则的穹顶而变得不再具有压迫感。

膜材作为一种现代化的工程结构，显示了当今建筑技术与科学的发展水平，也具有巨大的发展潜力。由于膜结构所独有的特点，它将会以更大的规模增长。如膜材的透射性能很好地解决了采光问题，又可节约能源，并给人以身处于大自然环境中的感觉。从多年来国内外的实践经验来看，膜结构具有强大的生命力，必将成为今后建筑结构发展的主流。通过促进其发展，中国与世界的交流和合作也将会不断地加强。