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一．膜結(jié)構(gòu)的起源
當(dāng)代索膜結(jié)構(gòu)技術(shù)的起源可以追溯到十九世紀(jì)具有歷史的“帳篷”。舉例來(lái)說(shuō)，機(jī)械紡紗和織布的出現(xiàn)創(chuàng)造出了便于攜帶的巨大的帳篷，而帳篷的問(wèn)世又為十九世紀(jì)后半期大量出現(xiàn)的四處流動(dòng)的馬戲團(tuán)提供了前提條件。有的帳篷（如馬戲團(tuán)帳篷，見(jiàn)圖）直徑高達(dá)50米，由機(jī)械制造的亞麻和帆布制成。圍繞在圓形吊環(huán)四周的四根中柱在帳篷的中心附近支撐著馬戲團(tuán)帳篷。 這些就是流動(dòng)的結(jié)構(gòu)建筑，并由此能夠保護(hù)人類免受氣候的制約。這些設(shè)計(jì)同時(shí)也體現(xiàn)了當(dāng)代索膜結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主要的特征：可變的表面形狀和預(yù)應(yīng)力。

二．膜結(jié)構(gòu)的形狀 張力膜結(jié)構(gòu)提供無(wú)限多樣的形狀，從而在影響其空間品質(zhì)方面具有很大的自由度。膜結(jié)構(gòu)找形的過(guò)程是一個(gè)基于透徹理解這種類型結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格的擴(kuò)展過(guò)程。制作簡(jiǎn)單的物理模型可以與鉛筆繪制的草圖進(jìn)行比較，要設(shè)計(jì)和構(gòu)建膜結(jié)構(gòu)的每個(gè)人員都應(yīng)試驗(yàn)采用物理建模法。物理建模法有助于理解張力平衡狀態(tài)下的雙彎曲膜結(jié)構(gòu)。皂膜和衣膜模型以及彈性機(jī)械建模技術(shù)，都可成功地用于此用途。計(jì)算機(jī)模型的構(gòu)建，比如物理建模過(guò)程，始于邊界條件的布局。然后即可通過(guò)數(shù)值迭代過(guò)程來(lái)生成三維模型。 1 反向張力膜結(jié)構(gòu) 反向彎曲形狀，或者是具有張力并且穩(wěn)定的雙彎曲鞍形形狀。張力和穩(wěn)定性來(lái)自于膜平面及其線性邊界的機(jī)械預(yù)應(yīng)力。 2 同向彎曲張力膜結(jié)構(gòu) 同向彎曲形狀，或者是具有張力和穩(wěn)定性的雙彎曲球形形狀。張力和穩(wěn)定性由氣壓或水壓垂直作用于膜曲面而產(chǎn)生。這種類型的結(jié)構(gòu)包括空氣承式結(jié)構(gòu)和充氣式結(jié)構(gòu)。

三．膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用和分類 索膜狀建筑結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于廣大范圍的建筑物，服務(wù)于各種用途。 膜結(jié)構(gòu)通常分為如下三大類： 1 開(kāi)放張拉式膜結(jié)構(gòu) 可以通過(guò)鋼柱及鋼架支撐或鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美活潑、富有生機(jī)，易于與大自然融為一體，滿足人們返璞歸真的需求，適合于中小型跨度的建筑，也適用于大跨度的體育場(chǎng)、游樂(lè)場(chǎng)等大型公用設(shè)施的看臺(tái)挑蓬結(jié)構(gòu)中。 2 封閉骨架式膜結(jié)構(gòu) 骨架式膜結(jié)構(gòu)是在穩(wěn)定的骨架上覆蓋模材料，易于施工和安裝，受力分析也較簡(jiǎn)單、直觀；索穹頂膜結(jié)構(gòu)是骨架式膜結(jié)構(gòu)的一個(gè)特例，但從理論分析到施工都有很大的難度。根據(jù)骨架體系的不同可用于中小型或大型、超大型的體育設(shè)施或公共活動(dòng)場(chǎng)所。但由于其形狀受到骨架體系的約束限制，故一般膜曲面較為呆板、靈活性不強(qiáng)。 3 充氣式膜結(jié)構(gòu) 充氣式膜結(jié)構(gòu)向室內(nèi)不斷的充氣，室內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓力差，使覆蓋膜布受到一定的向上浮力。由于它跨中不需要任何支撐，因此適用與超大跨度的建筑，一般用于大型的公共設(shè)施。氣脹式（氣肋式）膜結(jié)構(gòu)是由多個(gè)充氣構(gòu)件組成，易形成個(gè)性的建筑形式，一般用于街景、花園小品或小型建筑中，是充氣式膜結(jié)構(gòu)的一種類型。

四．膜結(jié)構(gòu)的建筑品質(zhì)
1 重量輕
張力膜的重量很輕，因?yàn)樗鼈兊姆€(wěn)定性來(lái)自其預(yù)應(yīng)力形狀，而非所使用的大量材料。因此，它們比傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)輕很多，然而卻能提供很高的穩(wěn)定性。小質(zhì)量和大跨度為建筑師提供了以一種連貫、統(tǒng)一的方式表現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)組織、以及形成每個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的輕盈性和穩(wěn)定性的機(jī)會(huì)。
2 半透明
半透明性是廣為接受的一項(xiàng)工程索膜建筑結(jié)構(gòu)品質(zhì)。的確，這種半透明性可以提供足量的太陽(yáng)光照供標(biāo)準(zhǔn)建筑使用，它在建筑節(jié)能方面起著重要作用。就商業(yè)建筑示例來(lái)說(shuō)，這對(duì)于需要充足光線甚至裝飾表面的建筑而言尤其重要。通過(guò)使用自然光和人造光，這種半透明性還可為建筑設(shè)計(jì)提供多種美感可能性。在夜間，膜的半透明性可將建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成具有雕刻感的發(fā)光體。
3 柔韌性
張力膜結(jié)構(gòu)不具有剛性，它們的形狀受風(fēng)雪的影響而改變。膜的幾何形狀通過(guò)變形作用而與應(yīng)用的負(fù)荷對(duì)應(yīng)。這樣，順著承載力的方向膜結(jié)構(gòu)會(huì)形成較小的半徑，從而逐漸找到特定負(fù)荷情況下的更肯定的結(jié)構(gòu)形狀。張力膜結(jié)構(gòu)的柔韌性使之可以出現(xiàn)大的移位而不會(huì)永久變形。變化和反應(yīng)的程度取決于材料的彈性和施加于膜結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力水平。
4 雕塑感
張力膜個(gè)性的彎曲形狀具有非常強(qiáng)的雕塑感。張力曲面可以自身找到平衡。上下活動(dòng)的反向彎曲膜結(jié)構(gòu)形狀都可以保持平衡，并且還有可能建造看起來(lái)似乎擺脫了重力作力而在天地之間隨意漂動(dòng)的大型建筑。膜結(jié)構(gòu)的這種雕塑感對(duì)于建筑物外部和內(nèi)部都具有渲染力。
5 安全性
根據(jù)當(dāng)前存在的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)要求，輕型張力膜結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和測(cè)定尺寸的建筑結(jié)構(gòu)。在水平負(fù)荷（如地震）情況下，輕型結(jié)構(gòu)特別穩(wěn)定。
6 功能
由于張力結(jié)構(gòu)的這些品質(zhì)可以適用于眾多建筑結(jié)構(gòu)功能——從簡(jiǎn)單的遮陽(yáng)屋頂?shù)綇?fù)雜的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)——因此它們具有許多特別相稱的功能。
7 富于表現(xiàn)力的建筑樣式
建筑功能對(duì)每座建筑而言都是共同具有的，它代表了一種理念。張力膜結(jié)構(gòu)的個(gè)性形狀展現(xiàn)了自身建筑情形的自然美。
8 露天防護(hù)
視特定的氣候帶不同，屋頂?shù)囊粋€(gè)主要功能是在日曬、雨淋和風(fēng)雪天氣條件下提供遮擋作用和舒適性。選擇膜形狀和材料應(yīng)考慮所有合適的情況，進(jìn)而提供一個(gè)舒適的內(nèi)部環(huán)境。無(wú)論在什么情況下，都有可能通過(guò)各種方法，利用自身建筑結(jié)構(gòu)來(lái)降低建筑物的能耗。
9 活動(dòng)性和臨時(shí)性
當(dāng)視為建筑環(huán)境中一種可以反轉(zhuǎn)的中間體時(shí)，輕盈的張力膜結(jié)構(gòu)比其它建筑結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)勢(shì)。這兩個(gè)重要方面就是靈活性和機(jī)動(dòng)性。易于做成可拆卸結(jié)構(gòu)，易于運(yùn)輸，可用作巡回演出、展覽等。
10 可變性和可改造性
與許多自然結(jié)構(gòu)一樣，可變結(jié)構(gòu)可以視為一種能夠人工改造的系統(tǒng)，可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。它們的空間布局具有可改造性，并可根據(jù)氣候變化而改變。

最常用的三種材料是：

1.PVC涂層
PVC膜材料是在高強(qiáng)聚酯纖維或聚氨酯纖維布基上敷聚氯乙烯樹(shù)脂（PolyVinylChloride,簡(jiǎn)寫(xiě)PVC），或其它類似樹(shù)脂，一般認(rèn)為該類材料為阻然、半永久性材料，使用年限在20年以上；厚度在0.6~1.2mm;透光率在6~12%之間；強(qiáng)度一般在3000~9000N/5cm之間；耐火等級(jí)B1級(jí)。

2.PTFE涂層
PTFE膜材料是玻璃纖維布基上雙面涂敷四氟乙烯樹(shù)脂（Poly TetraFluoroeEhylene,簡(jiǎn)寫(xiě)PTFE），一般認(rèn)為該類材料為不燃、是使用年限長(zhǎng)的材料，使用年限在30年以上；厚度在0.6~1.2mm;透光率在8~18%之間；強(qiáng)度一般在3500~9000N/5cm之間；耐火等級(jí)A1級(jí)。

3.ETFE材質(zhì)
ETFE（EthyleneTetraFluoEthylene）沒(méi)有布基，是一種顆粒狀結(jié)晶體的薄膜。一般做成雙層或三層充氣結(jié)構(gòu)，厚度12~500um;透光率在95%以上；強(qiáng)度一般在30~60N/mm2之間；耐火等級(jí)B1級(jí)。

1． 高強(qiáng)度
膜材料是一種柔性織物，組織內(nèi)部只有存在一定的應(yīng)力場(chǎng)，才能獲得一定的剛度。因此，對(duì)于膜結(jié)構(gòu)而言，任何情況下不允許膜中有無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。在高應(yīng)力狀態(tài)下，膜材料的抗拉強(qiáng)度越高，越不易發(fā)生徐變和老化。因此，膜結(jié)構(gòu)建筑中的膜材料必須具有較高的抗拉強(qiáng)度及抗撕裂強(qiáng)度。
2． 阻燃
膜建筑作為使用年限長(zhǎng)的材料，膜材本身必須應(yīng)完全滿足有關(guān)建筑材料防火指標(biāo)的要求。以日本膜結(jié)構(gòu)大國(guó)為例：至今仍沒(méi)把膜材料作為不燃材料列入國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)，只是要求針對(duì)每個(gè)建筑單體膜材通過(guò)防火測(cè)試，滿足要求即可。一般認(rèn)為PTFE材料是不可燃材料，PVC材料是阻燃材料。

3． 耐久
膜材的耐久性不僅與其布基所用材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且不同的涂層種類，對(duì)布基的保護(hù)程度各不相同，也影響著膜材的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，PTFE材料的質(zhì)保期在25年以上，PVC材料質(zhì)保期在10年~15年，但到目前為止，PTFE材料工程有的已超過(guò)25年，PVC材料工程有的已超過(guò)20年，而繼續(xù)正常使用。
4． 自潔
自潔性就是膜材料本身的防污自潔性能。一般建筑用PVC膜材料，在PVC涂層外，再加一層PVF（聚氟乙烯）或PVDF（聚二氟乙烯）或硅樹(shù)脂面層，能改善其自潔性。PTFE膜材料自身則具有很好的防污自潔性能，不需要添加任何面層材料。
5． 隔音
通常膜結(jié)構(gòu)建筑位于市區(qū)內(nèi)，有的建筑在繁華的鬧市區(qū)，特別是用于音樂(lè)，娛樂(lè)等大型文化活動(dòng)場(chǎng)所，為此對(duì)建筑的隔音提出較高的要求單層膜結(jié)構(gòu)建筑往往用于對(duì)隔音要求不是太高的活動(dòng)場(chǎng)所，目前有人提出增加膜材料的質(zhì)量可提高其隔音性能，但真正能達(dá)到令人滿意的性能指標(biāo)，尚需待以時(shí)日。
6． 保溫隔熱
單層膜材料的保溫性能大致相當(dāng)于夾層玻璃，如果某建筑物對(duì)保溫性能要求較高，就不得不考慮采用雙層或多層膜，但雙層或多層膜又損害了建筑物的透光性能，一般來(lái)說(shuō)雙層膜的透光率在4%~8%左右。透光性是膜建筑很吸引人的一個(gè)特點(diǎn)，有時(shí)很難讓人在二者之間做出選擇。只能尋求一種透光性好的內(nèi)層膜材料，不過(guò)，就同類膜材料而言，其透光性越高，強(qiáng)度就越低。