膜結構(Membrane)是20世紀中期發展起來的一（yī）種新型建築結構形（xíng）式，膜結構車棚是由多（duō）種（zhǒng）高強薄膜材料及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內部產生一（yī）定的預張應力以形成某種空（kōng）間（jiān）形（xíng）狀，作為覆蓋結構，並能（néng）承（chéng）受一定（dìng）的外荷載作用的一種空間結構形式。

膜結構是建築結構中最（zuì）新發展起來的一種形式，自從1970年代以（yǐ）來， 膜結構在國外已逐漸應用於體育建築、商場、展覽（lǎn）中心、交通服務設施等大跨度建築中。例（lì）如寧波新十傑張拉膜結構工程有限公司是省內專業製作企業，政府機關，單位汽車棚和自行車棚（péng）的生產廠家，口碑好，信譽（yù）佳，著力打造全國一流品牌，膜結構作為一種屏障，用來保護車輛不受損傷的一（yī）種建築，主要起到擋風遮雨的功能，是一件難得藝術品，給人美麗的視覺享（xiǎng）受，其柔美，其（qí）曲線，其剛柔並濟，其豐富（fù）造型，其潔白無瑕讓人眼前一亮，回味悠長（zhǎng）。

膜結構是由多種高強薄膜材料(PVC或Teflon)及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使（shǐ）其內部產生（shēng）一定（dìng）的預（yù）張應力以形成某（mǒu）種空間形狀，作為覆蓋結構，並能（néng）承受一定（dìng）的外荷載作用的（de）一種空間（jiān）結構形式。膜結構可分為充氣膜結構和（hé）張拉膜結構兩大類。充氣膜結構是靠室內不斷充氣，使室內外產生（shēng）一（yī）定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱（zhù）之間）,室內外的壓力差使屋蓋膜布（bù）受到一定的（de）向上（shàng）的浮（fú）力，從而實現較大的跨度。張拉摸結構（gòu）則通過柱及鋼架支承或鋼索張（zhāng）拉成（chéng）型。

建築造型優美

膜結構建築是21世紀最具代（dài）表（biǎo）性與充滿前途的建築形式。它打破了純直線建築風格的模（mó）式，以其獨有的優美曲麵造型，簡潔、明快、剛與柔、力與美的完美組合，呈現給人以耳目一新的感覺，同時給建築設計（jì）師（shī）提供了更大的想象和創造空間。

具有良好的環保性、透光性、自清（qīng）潔性，膜材表麵采用PVDF（聚偏二氟乙（yǐ）烯）塗層、或（huò）二氧化（huà）鈦塗（tú）層，具有較好的隔熱效（xiào）果，對太陽熱（rè）能（néng）可反射掉70%，膜材本身吸收了17%，傳熱13%，而透光率卻在20%以上，經過10年的太陽光直接照射，其輝度仍能保留70%。

覆蓋大跨度空間

膜結（jié）構中所使（shǐ）用的膜材料每平方壹（yī）公（gōng）斤左（zuǒ）右，由於（yú）自重輕，加上鋼索（suǒ）、鋼結構高強度材料的采用，與受力體係簡潔合理——力大部分以軸力傳（chuán）遞，故使膜結構（gòu）適合跨（kuà）越大空間而形成開闊的無柱大跨度（dù）結構體係（xì）。

防火性與（yǔ）抗震性

膜（mó）結構建（jiàn）築所采用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高溫性，故能很好的滿足防火要求。由於結（jié）構（gòu）自重輕，又為柔性結構且有（yǒu）較大變形能力，故抗震（zhèn）性能好。

工期短：膜材裁剪（jiǎn）。拚合成型及骨架的鋼結構、鋼索均在工廠（chǎng）加工製（zhì）作，現場隻需組裝，施工簡便，故施工周期（qī）比傳統建（jiàn）築短。

膜（mó）結構的設計主要包括體形設計、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設計確定建築平麵形狀尺寸、三維造型、淨空體量，確定各控製點的坐標、結構（gòu）形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由於膜材料本身（shēn）沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強主芤很差，因此其剛度和（hé）穩定性需要靠（kào）膜曲麵的曲率變化和其（qí）中預應力（lì）來提高，對膜結構而言，任何時候不存在無應力狀態，因此膜曲麵（miàn）形狀最終必（bì）須滿足在一定（dìng）邊界條件、一定預應力（lì）條（tiáo）件下的（de）力學平衡，並以此為基準進行荷載分析（xī）和裁剪分析。膜結構找形分析的方法主要（yào）有動力鬆弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結構考慮的荷（hé）載一般是（shì）風載和雪載。在荷載作用下膜材料的（de）變形較大，且隨著形（xíng）狀的改變，荷載分布也在改（gǎi）變（biàn），因此要精確計算結（jié）構的變形和應力要（yào）用幾何非線性的方法進行。荷載分析的另一個目的是（shì）一（yī）確定索、膜中初始預張力。

在外（wài）荷載作用下膜中一個（gè）方向應力增加而另一個方向應力減少，這就要（yào）求施（shī）加初始張應力的程度要滿足在最不利荷載作用下應（yīng）力不致減少到（dào）零，即不出現皺褶。因為膜材料比較輕柔，自振頻率很低，在風荷載作用（yòng）下極易產生風振，導致膜材料破壞，如果初始預應力施加（jiā）過高，膜材塗變加大，易老化且強度儲備少，對受力（lì）構件強度要求也高，增加施工安裝難（nán）度。因此（cǐ）初始預（yù）應力的確定要通過（guò）荷載計算來確定。經過找形分析而形成的摸結構通常為三維不可展空間曲麵，如何通過二維材料的裁（cái）剪，張拉形成所需要的三維空間（jiān）曲麵，是整個（gè）膜結構工程中最關鍵的一個問（wèn）題，這（zhè）正是裁剪分析的主要內容。

膜結構（gòu）設計軟件主要有如下：

體（tǐ）係

膜結構體係由膜麵、邊索和脊（jǐ）索、穀索、支承結構、錨固係（xì）統，以及各部分之間的連（lián）接節點等組成，見下示意圖：

按（àn）支承（chéng）分類

膜結構按（àn）支承條件（jiàn）分類為：柔性支承結構體（tǐ）係（xì）、剛性支承結構體係、混合支承結構體係，結構示意（yì）圖見下圖（tú）：

按結構分（fèn）類

膜結構（gòu）按結構可分為：骨格式膜結構、張拉式膜結構、充氣式膜結構。詳細見（jiàn）下（xià）圖：

膜結構建築形式的分類（lèi）：

從結構上分可分（fèn）為：骨架式（shì）膜結構，張拉式膜結構，充氣式膜（mó）結構3種形式

1.骨架式膜結構（Frame Supported Structure）

以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構造形式，下（xià）部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限（xiàn）製，且（qiě）經濟效益高等特點，廣泛適用於任何大，小（xiǎo）規模的空（kōng）間。

2.張拉式膜結構（Tension Suspension Structure）

以膜材、鋼索及（jí）支（zhī）柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除（chú）了可實踐具創意，創新且美觀的造型外，也是（shì）最能展現膜結 構精神的構造形式. 大型跨距空間也（yě）多采（cǎi）用以鋼（gāng）索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材（cái）的形式。因施工精度要求]高（gāo），結構性能強，且具豐 富的表現（xiàn）力，所以造價略高（gāo）於骨架式膜結構。

3.充氣式膜結構（Pneumatic Structure）

充氣式膜結構是將膜材（cái）固定於屋頂結構周邊，利用送風係統讓（ràng）室內氣壓上升到一定壓力後（hòu），使屋頂內（nèi）外產生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓來支 撐（chēng），及鋼索作為輔助材，無需（xū）任何梁，柱支（zhī）撐，可得更大的空間，施工快（kuài）捷，經濟（jì）效益（yì）高，但需維持（chí）進行24小時送風機運轉，在持續運行及機器維護費用的成本上較高（gāo）。

現今，城市中已越來越（yuè）多（duō）地可以見到膜結構的身（shēn）影。膜結構已經被（bèi）應（yīng）用到各（gè）類建築結構中（zhōng），在我們的城市中（zhōng）充當（dāng）著不可或缺的角色：

A類

A類最好，以玻璃纖維（wéi）織物（wù）為基材塗PTFE（永（yǒng）久膜材）而成（chéng）；

B類

B類次之，以玻璃纖維織物為基材塗PVC而成；

C類

C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸（lún））織物為基材塗PVC而成。按塗層材料分，有聚四氟乙烯（xī）（PTFE）、聚偏氟乙（yǐ）烯（PVDF）、聚（jù）氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、橡膠等，它的（de）壽命因不同的表麵塗層而異，一般可達12—50年。

PTFE

PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上塗以聚（jù）四氟乙（yǐ）烯樹脂（zhī）而成的材料。這種膜材有較好的焊接性（xìng）能，有優良的抗紫外線（xiàn）、抗（kàng）老化性能和阻（zǔ）燃性能。另外，其（qí）防汙自潔性是所有建築膜材中最好的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十（shí）分驚人。在蓋（gài）格公（gōng）司領導下，美國（guó）的杜邦公（gōng）司、康寧玻纖公司、貝爾德建築公司、化纖織布公（gōng）司共同（tóng）開（kāi）發永久性膜材。其加工方法是把玻纖織（zhī）物多次快速（sù）放入特氟隆熔體中，使織物兩麵皆有均勻的特氟隆塗層，使永久性的PTFE膜正式誕生。此後永久性膜（mó）結構正式在美國風行（háng），許多學者對膜結構進（jìn）行（háng）了深入的（de）研究。20年後跟蹤檢測結（jié）果表明（míng），這種膜材的（de）力（lì）學性能與化學穩定性指標隻下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑（huá），具有（yǒu）彈性，大氣中（zhōng）的灰塵、化學物（wù）質（zhì）微粒極難附著與滲透，經雨水（shuǐ）衝（chōng）刷建築膜可（kě）恢複其（qí）原有的清潔麵層與透光性（xìng），這足以顯示出PTFE膜材的（de）強大生命力和廣闊的市場前景。國外對這種膜材的開發（fā）和應（yīng）用比較成熟，生產廠家也很多（duō），如德國Mehler公司（sī）、Verseidag公（gōng）司，日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業株式會社、美國Chemfab公司、沙特（tè）阿拉伯ObeiKan公司等。

玻纖PVC

這種膜材開發和應用得比較早（zǎo），通常規定PVC塗層在玻璃纖維織物經緯線（xiàn）交點上（shàng）的厚度不能少於0.2mm，一般塗層不（bú）會太厚，達到使用要求即可。為提（tí）高PVC本身耐老化性能，塗層時常常加入一些光、熱穩定劑（jì），淺色透明產品宜加一定（dìng）量（liàng）的紫外吸收劑，深色產品常加炭黑做穩定劑。另外對PVC的表麵（miàn）處理還有很多方法，可在PVC上層壓一（yī）層極薄（báo）的金屬（shǔ）薄膜或噴射鋁霧，用雲母或石（shí）英來防止表麵發（fā）粘和沾汙。

玻纖有機矽樹脂

有機矽樹脂具有優異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點，該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量（liàng），另外還具有良（liáng）好的透光性。美國歐（ōu）文斯克寧（níng）公司（sī）開發的Vestar膜材就（jiù）采用這種樹（shù）脂對玻璃纖維布塗覆而製成的，這種膜材應用的不多，生產廠家也較少。

玻纖合成橡膠

合成橡膠（如丁（dīng）腈橡膠，氯丁橡膠）韌性好，對陽光、臭氧（yǎng）、熱老化穩定，具有突出的耐磨損性（xìng）、耐化學性和阻燃性（xìng），可達到半透明狀態，但由（yóu）於容易發黃，故一般用於深色塗層。膨化PTFE建築膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩（liǎng）麵貼上氟樹脂薄膜即得膨（péng）化（huà）PTFE建築膜材（cái）。由（yóu）於它的造價太（tài）高，一般的建築考慮到成本和（hé）性能兩方麵，很少選用這種膜材，國外的（de）生產廠家（jiā）也不多。

ETFE

由ETFE（乙烯-四氟乙（yǐ）烯共聚物（wù））生料直接製成。ETFE不僅具有優良的抗衝擊性能、電性（xìng）能、熱穩定性和耐化（huà）學腐（fǔ）蝕性，而且機械強度高，加工性能好。ETFE膜材的應用在很多方麵可以取代其他產品（pǐn）而（ér）表現出強大的優勢和市場（chǎng）前景。這種膜材（cái）透光性特別好，號稱“軟（ruǎn）玻璃”，質量輕，隻有同等大小玻璃的（de）1%；韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大於400%；耐候性和耐化（huà）學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃；可（kě）有效的利用自然光，節約能（néng）源；良好的聲學性能。自清潔功能使表麵不易沾汙，且雨水衝刷即（jí）可帶走沾（zhān）汙（wū）的少量汙物，清潔周（zhōu）期大約為5年。另外，ETFE膜可在現成（chéng）預製成薄膜氣泡，方（fāng）便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環境容易損壞材料而造（zào）成漏氣，維護費用高等（děng），但是隨著（zhe）大型體育館、遊客場所、候機大廳等的建設，ETFE更突顯自己的優勢。生產這種膜材的公司（sī）很少，隻（zhī）有ASAHI（日本旭硝子）（AGC）、德國科威爾等少數幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發和應用在國外發達國家也不過十幾年的曆史。

工（gōng）程實例

2008年竣工的北京奧運會場館“鳥巢”和“水立方”膜結構采用ETFE膜材，是目前國內最大的ETFE膜（mó）材結構建築，膜材采用（yòng）進口產（chǎn）品。“鳥巢（cháo）”采用雙層膜結（jié）構，外層（céng）用（yòng）ETFE防雨雪防紫外線，內層用PTFE達到保（bǎo）溫、防結露、隔音和光效的目的（de）。“水立方”采用雙層（céng）ETFE充氣膜結構，共1437塊氣枕，每一塊都好像一個“水泡泡”，氣枕（zhěn）可以通過控製充氣量的多少，對遮光（guāng）度和（hé）透光性進行調節，有效地利用自然光，節省能源，並且具有良好的保溫隔熱、消除回聲，為運動員和觀眾提供溫馨，安（ān）逸的環境。

目前國內（nèi）膜結構發展振（zhèn）奮人心，隨著一些大（dà）型體育館、候機大廳等建設以（yǐ）及2010年上海世博會和廣州亞運會（huì）等國際盛會的舉辦，為中國膜結構的發展帶來了機遇和挑戰。尤其在膜材方麵，中國起步晚（wǎn），技術水平低，大部分膜材還主要依靠進口。PTFE、PVC和表麵改性的PVC、ETFE等膜材是市場的主流，應用比較（jiào）廣泛。中國已有PTFE膜材的自主知識產權，性能也基本達（dá）到國外（wài）同類產品的要求。很多公司、科研單位以及（jí）高校都在進（jìn）行PVC表（biǎo）麵塗層（céng）材料的研究，如PVDF、納米TiO2表塗劑等的研究已初見成效，另外（wài）在表麵防汙自潔處理方麵的研究如仿生荷葉構築微（wēi）粗糙表麵也開始（shǐ）起步（bù）。在引進世界（jiè）一流的生產設備（bèi）和工藝技術的同（tóng）時，加緊消化吸（xī）收並改進創新，盡快開發適合中國市場需求的膜材表麵處（chù）理技術（shù），對提升中國整個產（chǎn）業用紡（fǎng）織（zhī）品產品檔次和市場競爭（zhēng）力都具有（yǒu）重要意義。

膜結構在中國也不乏工程實例，其中規模最大、最具影響力的膜結（jié）構要數1997年竣工的上海八萬人（rén）體育場看台罩棚張拉膜結（jié）構工程。但該膜結構（gòu）為美國Weidlinger公司設計製作，由此也（yě）可以看出中國在該領（lǐng）域與國外先進國家的差距（jù）很大。影響中國膜結構廣泛應用的主（zhǔ）要因素有：國產膜材料性能差，而（ér）進口膜材料價格高；尚無商業性的膜結構計算南輔助設計係統；人（rén）們對膜結構缺乏足（zú）夠的認識等。

1970年日本大阪萬國博覽會上的（de）美國館和富士（shì）館均采（cǎi）用了膜結構（gòu）建築，在建築行業引起了不小（xiǎo）的轟動。1996年亞特蘭大奧運會的“佐治亞穹頂”，擬（nǐ）橢圓形的尺寸達240m*193m。為了慶祝新千年的到來（lái），英國在倫敦建成了直徑達320m的“千氣穹頂”。整個展覽大（dà）廳總麵積為8萬平方（fāng）米。覆蓋其上的是72塊聚氯乙烯（xī）（PVC）塗層的玻璃（lí）纖（xiān）維織物板，千年穹頂以其獨特（tè）的（de）膜結構，顯示了當今建築技術與材料科學（xué）的發展（zhǎn）水平。

索膜結構

索膜結構是用高強度柔性薄膜材料經受其它材料（liào）的拉壓作用而形成的穩定曲（qǔ）麵，能承受一定外荷載的空間結構形式。其（qí）造型自由、輕巧、柔美，充（chōng）滿力量（liàng）感，節能、使用安全等優點，因而使（shǐ）它在世界各地受到廣（guǎng）泛應用，膜結（jié）構建築作為新的建築形式於本世紀五十年代在國際上開始出現，至今已（yǐ）有四（sì）十多年的曆史，特別是到了七十年代以後膜結（jié）構的應用得到了迅速發（fā）展（zhǎn）。膜結構的出現為建築師們提供了超出傳統建築模式以外的新選（xuǎn）擇。膜結構一改傳統建築材料而使用膜材，其重量隻是傳統建築的三十分之（zhī）一。

而且膜結構可以從根本上克服傳統結構在大跨度（無支撐）建築上實現時所遇到的困難，可（kě）創造巨大的（de）無遮（zhē）擋的可視空間。其造型自由輕巧、阻燃、製作簡易、安裝快捷（jié）、節能、易於、使用安全等優點，因而使（shǐ）它在世界各地受到廣泛應用。

另外值得一提的是，在陽光的照射下，由膜覆蓋的建築物內部充滿自然漫射光，無強反差（chà）的著光麵與陰影的區分，室（shì）內的空間視覺環境開闊和（hé）諧。夜晚，建築物（wù）內的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，建築物（wù）的體（tǐ）型顯現出夢幻般（bān）的效果。這種結構形式特別適用於大型體育場館、入口廊道、小品、公眾休閑娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域。張拉膜結構（Tesioned Membrane Structure) ，是依靠膜自身的張拉應力與支撐杆和（hé）拉索 共同構成機構體係。室內的（de）空（kōng）間視（shì）覺環境開（kāi）闊和諧。張拉（lā）膜結構特別適合用來建造城市標誌（zhì）性建築的屋頂，如體育與娛樂性（xìng）場館，需（xū）有廣（guǎng）告（gào）效應的商場、餐廳等。城市的交通樞紐是城市命脈的關鍵性（xìng）建築，使用功能要求建築物各組成單元的（de）標誌明確（què）。這類建築越來越多采用（yòng）膜結構（gòu）。建築膜材料的使用壽命為 25 年以上。

在使用期（qī）間，在雪或風荷載（zǎi）作用下均能（néng）保（bǎo）持材料的力學形態穩定不變。建成於 1973 年的美國加州La Verne　大（dà）學的學生活（huó）動中心是已有 23 年曆史的張拉膜結構建築．跟蹤測試與材料的加載與加速 氣候變化的試驗，證明它的膜（mó）材（cái）料的力（lì）學性能與化學穩定性指標下降了（le） 20 %至 30 %，但仍可（kě）正常使用。膜的表（biǎo）層光滑，具有彈（dàn）性（xìng），大氣中的灰塵、化（huà）學（xué）物（wù）質的微粒極難（nán）附著與滲透，經雨水的衝刷建築膜（mó）可恢複其（qí）原有的清潔麵層與透光性。張拉式膜結構 張拉整體結構（ Tensegrity ）是由一組連續的拉（lā）杆和（hé）連續的或不連續的壓（yā）杆組合（hé）而成的自（zì）應力、自支撐的狀杆係結構，其中“不連續的壓杆”的含義是壓杆的端部互不接觸，即一個（gè）節點上隻連接一個（gè）壓杆。Tensegrity 是美國建（jiàn）師 R.B.Fuller 首先提出的一種（zhǒng）結構思（sī）想，他認為宇宙的運行就是按照張拉整體的原理進行的，即萬有引力是一個平（píng）衡的張網，各個星球是（shì）這個網中的一個個（gè） 孤立點。這種結構體（tǐ）係（xì）中（zhōng）的索網就（jiù）相當於宇宙中的（de）萬有引力，獨立的受壓杆件 相當於宇宙（zhòu）中的星（xīng）球 20 世紀 60 年代隨（suí）著（zhe）現代柔性建築材料的（de）發展，建築師（shī）們（men）從（cóng）帳（zhàng）篷著一最古老的簡單建築 結（jié）構出發，構造出了魔般的形式——膜（mó）結（jié）構。

它（tā）可以構成單曲麵（miàn），多曲麵等不同建築結構形式，滿足了建築師們對建築與美學高度統一的要求。柔性材料具有透光和防紫外線功能，在（zài）一些室外建（jiàn）築和環境小品中得到廣（guǎng）泛的應用。正是由於這一特征，夜間的燈光設計使膜結構具有鮮（xiān）明的環境標誌特征。優美造型的膜材，不（bú）鏽鋼配件和緊固件加上（shàng）設計輕巧合理，表麵處理嚴格的鋼結構支撐，塑造出形（xíng）式美觀，設計合理的膜結構，在當今世界範圍內的建（jiàn）築環境設計中占有舉足輕重的地位。

膜結構工程

用於膜（mó）結構建築中的膜材是一種具有（yǒu）強度，柔韌性好的薄膜材料，是由纖維編織成織物基材，在其基材兩麵以樹脂為塗層材所（suǒ）加工固定而成的材料，中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃（lí）纖維，而作為（wéi）塗層材使用的樹（shù）脂有聚氯乙（yǐ）烯樹脂（PVC），矽酮（silicon）及（jí）聚四氟乙烯（xī）樹脂（PTFE），在力學上織物基材及塗層材分（fèn）別具有影響（xiǎng）下列的功能（néng）性質。織（zhī）物基材（cái）——抗拉強度，抗撕裂強度，耐熱性，耐久性，防火性。塗 層（céng） 材——耐候（hòu）性，防汙性，加工（gōng）性，耐水性，耐品，透（tòu）光性。