骨架式膜结构
膜结构介绍
膜结构介绍 一种适合建筑的新材料的出现，必然引建筑结构的革命，如历史上的混凝土和钢材，70年代以来，以欧美为中心发展起来的新型织物膜材，也是如此，用这种优良的织物，辅以柔性或钢性支撑，可绷成一个曲率互反，有一定刚度和张力的结构体系。
这种全新的建筑结构形式，集建筑学、结构力学、材料学与精细化工、计算机技术等为一体，具有以下优秀的特点： 1、造型的艺术性。
它既能充分发挥建筑师的想象力，又能体现结构构件清晰受力之类。
2、良好的自洁性。
膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。
3、施工的快捷性。
膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，现场只进行半成品组装，因此施工简便快捷，施工周期短。
4、较好的经济性。
由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，因而比较节约能源，降低了长期使用费用，同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。
5、 结构自重轻，非常适合于建造大跨度空间结构。
膜结构的分类 膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构（Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜结构（Frame membrane strcture，Cable dome membrane structure）、组合式膜结构（Compound membrane structure）等几大类。
充气式膜结构张拉式膜结构骨架式膜结构组合式膜结构膜 应 用 领 域：★ 体育设施： 体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等。
★ 商业设施： 商场、购物中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等。
★ 文化设施： 展览中心、剧院、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。
★ 交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。
★ 工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。
★ 景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。
膜结构的应用和施工
膜结构的应用和施工本文简要介绍膜材料的主要类型、膜结构设计基本原理、膜结构的施工工艺，并探讨防火设施和膜结构配套使用之间的关系，以达到既能采用新颖建筑材料，又能满足防火工作要求，顺利通过消防验收的双赢目的。
1. 前言史前的人类用帐篷和伞来挡风遮雨，一般采用皮革或自然编织物制造，帐篷是人类历史上最早出现的膜结构建筑，帐篷和伞一样都反映着膜结构最原始的特点——即预加张力的薄层。
“膜”（Membrane）这个词最早源于拉丁文，其含义是“轻且有张力”。
20世纪50年代以来，随着高分子科学的发展，膜材的性能有很大的提高。
带高分子覆盖的织物与塑料在膜结构领域的应用已有30多年的历史。
美国拉文丁大学校园中心于1973年成为世界上首次使用PTFE膜材的膜结构工程。
如今，膜结构在国外早已得到广泛应用；在国内正在被人们逐步接受并用于体育场馆、会展场馆等建筑中。
2. 膜材料膜材的选用与膜在建筑结构中的安装的位置和所起作用有关。
现代膜结构使用的工程膜材主要有两种类型：一是以聚脂纤维织物结构为基材，五层复合聚氯乙烯树脂类材料制成的工程膜材（PVC）；二是以玻璃纤维为基材，面层复合四氟聚脂类材料而成的永久性建筑膜材（PTFE）。
2.1 几种常见的膜材。
(1) PVC复合材料织物这种膜可抵抗恶劣气候，并有紫外线隔离能力。
用这种膜材制成的膜结构容易安装，且表面光滑又容易清洁。
PVC类膜在防火类别是阻燃的，其透光率一般可达20%，平均使用寿命大约5--20年。
(2) PTFE覆层式玻璃纤维织物这种属于较高级的膜材，用于永久性的建筑结构中。
该膜材张力极高，可抵抗紫外线，防火类别为阻燃，光滑的表面有着较高的反射率和自洁率，由于受到膜材厚度的限制，其透光率一般在12%左右。
平均使用寿命大于30年。
(3) PVC类织物匀质的PVC类织物可用于半透明或透明的内结构。
该膜材有较强的散射能力，适用于背光的天花板以及投影屏幕，其透光率与PVC本身的性质有关：半透明的PVC，透光率为70%；透明的的PVC，透光率可达96%。
大跨空间结构—索膜结构详解
大跨空间结构—索膜结构详解索膜结构作为新的建筑形式于本世纪五十年代在国际上开始出现，至今已有六十多年的历史，特别是到了七十年代以后，膜结构的应用得到了迅速发展。
膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择。
膜结构一改传统建筑材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十分之一。
而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度，无支撑，建筑上实现时所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡的可视空间。
索膜结构是目前发展很快的一种新型空间结构，是一种效率极高的张力集成体系，可以充分发挥钢索的强度与张拉整体结构的空间作用。
张拉膜结构是索膜结构中最常见的一种形式，是索膜建筑的代表和精华，它通过钢索与膜材共同受力形式稳定曲面来覆盖建筑空间，具有高度的形体可塑性和结构灵活性，即通过对膜材内部施加一定的预张力，使其具备了抵抗外荷载能力，从而充当结构材料的一种结构体系。
这种形式能够充分利用膜材的受力性能，形成轻巧、美观、具有现代感的空间大跨曲面结构，并且施工简单、快捷、成本低，在国内外已经被广泛应用于商业建筑、体育建筑、工业建筑、户外设施、文化娱乐建筑等各种领域。
一、索膜结构的组成及材料特性1. 索膜结构的组成一个完整的索膜结构一般由三部分组成1)形成曲面结构的张拉膜材；2)用于加强膜面的脊索和谷索,以及将膜内力传向支承结构的边索；3)求索膜体系的支架结构。
张拉膜材即作为结构材料,要能够抵抗一定的荷载而不致引起过大变形。
同时为完成作为覆盖材料所规定的建筑功能，例如美观、遮光、防火、耐久等等，还需满足各种性能要求。
所以，选用合适的膜材对于索膜结构的设计建造非常重要。
加强索除其对于膜面受力方面的加强作用外，更重要的是起到了改变建筑造型的作用。
尤其是谷索和脊索的灵活设置会给整个建筑带来奇妙的视觉效果。
支架结构最常采用的是钢结构，也可采用混凝土结构，甚至在某些情况下可以采用木结构或其他结构。
支架结构除满足将索膜体系的内力传递到基础这一结构要求以外，其形式可以采取变化多样的形式，以实现不同的建筑造型效果。
膜结构在大跨度建筑上的运用
骨架式膜结构是采用刚才做成屋顶的骨架，在骨架的上方张拉膜材料的一种形式，能够使用在各种规模的建筑当中，但其造型较单一，需要靠外部施加的张力使其保持一定的形状，但是由于其成本较低，经济效益吸引广大建筑商，骨架式膜结构依然被广泛地使用。
四、结语
经过长年的开发和研究，膜结构已经得到进一步的发展，成为一种有活力的建筑结构，它的广泛应用体现了膜结构在大跨度建筑中的应用前景，国内外专家学者应该进一步发挥其优势，在更广泛的领域中加以运用。
膜结构的材质自身的受弯刚度接近于零，但是如果使用各种不相同的支撑结构来承受膜结构表面的张力，就能形成具有一定刚度的表面。这也是膜结构能够与建筑风格和布局相适应的一个原因，完美体现力在膜结构状态之上，使得膜结构能够有机运用于大跨度建筑结构的设计当中。
（二）膜结构能很好地满足建筑功能的需求
因为膜结构使用的材质大多是半透明的，这些材质的透光率在通常情况下为百分之四到百分之十六，可以满足大跨度建筑在一般情况的采光要求，在白天可以做到不用人工照明，这样既大大降低了能源电力成本，而且给人以自然开阔的体现。此外，因为膜结构使用的材料一部分具有反射性，因此在热带地区，膜结构能够反射大量的太阳热能，降低温度。而在寒带，在大跨度建筑上可以使用双层的膜结构，并且向双层膜之中充入热空气，或填充性能优良的透光隔热材料，可以达到良好的保温和隔热的效果。综上所述，膜结构能够使得大跨度建筑物在透光的情况下，不受温度、天气的影响，加之膜结构使用的材质的不易燃性、抗水性能良好，大大增加了建筑物的防灾性能。
经过二十世纪九十年代的发展，膜结构成为了一项可以代表目前建筑先进技术和材料行业发展程度的结构体系。在原始人时期，原始人就开始使用动物毛皮做成帐篷，这就是最初的膜结构。上世纪开始，建筑师利用此方法原理，建造了宇宙飞船、雷达天线罩等，使一些科学发明能够运用膜结构。同时，一些临时建筑也运用了膜结构，如马戏棚、仓库、帐篷等等。但直到一九七零年，在日本举行的世博会中所使用的建筑运用的空气膜结构，代表着膜结构进入一个新的时代，至此之后全世界各个地区开始了对膜结构的研究以及运用。二十世纪七十年代，美国的几家公司联合设计研发了玻璃纤维和聚四氟乙烯为材料的新型膜结构材料，标志着膜结构可ห้องสมุดไป่ตู้被运用于永久建筑中。
膜结构设计规范
膜结构设计规范膜结构之类别膜结构之造型类别可分为以下四类：1．骨架式膜结构：此类膜结构是固定在精致钢材、空间桁架或其他坚固的构架上，称之为骨架式膜结构。
2．张力式膜结构：仅利用简单的支撑系统及膜素材自身的张力特性，构成此类膜结构。
3．气充式膜结构：充气在由膜结构所构成之封闭区间内，随着气压升高所产生之力量，可使膜结构支撑在所须之位置，并提供膜结构所须之张力及对抗载重和外力。
4．开启式膜结构：在张力式膜结构和气充式膜结构中，被允许局部或全部是可开启的，此类为可开启式膜结构。
材质1．膜素材材质可分为三大类：（1）类型A：此材质是指以玻璃纤维为其素材，而表面处理为PTFE，且其品质之要求如下：a．玻璃纤维之单位重量应大于150g/m2。
b．表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c．膜素材之厚度应高于0.5mm。
（2）类型B：此材质是指以玻璃纤维为其素材，而表面处理为PVC，且其品质之要求如下：a．玻璃纤维之单位重量应大于150g/m2。
b．表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c．膜素材之厚度应高于0.5mm。
d．膜素材应提供防火之处理。
（3）类型C：此材质是指以聚脂树脂、人造纤维…等或其他类似之材质为其素材，而表面处理为PVC或其他类似之原料，且其品质之要求如下：a．玻璃纤维单位重量应大于100g/m2。
b．表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c．膜素材之厚度应高于0.5mm。
d．膜素材应通过JISA 1322之自然试验第二级。
2．膜素材之张力应满足下列六项条件：（1）其张力应大于20kg/cm，在经向（warp）和纬向（weft）的张力差应低于20％。
（2）张力强度之测试应遵照JISL1096的标准，且特别著重于长条测试，且膜测试之样本应超过5件，取其张力测试之平均值。
（3）在张力测试时，其伸长量（破坏实验）应低于35％。
膜结构的结构分类
从结构上分可分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式
1、骨架式膜结构（Frame Supported Structure）
以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规
模的空间。
2、张拉式膜结构（Tension Suspension Structure）
以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。
除了可实践
具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。
大型跨距空间也多采
用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。
因施工精度要求]高，结构性能强，且
具丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。
3、充气式膜结构（Pneumatic Structure）
充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，
使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。
现今，城市中已越来越多地可以见到膜结构的身影。
膜结构已经被应用到各类建筑结构中，
在我们的城市中充当着不可或缺的角色。
建筑结构选型
建筑结构选型------课程报告一． 膜结构1. 结构形式：骨架支撑式膜结构 整体张拉式膜结构2. 调研实例：南京工业大学音乐台 体育场看台南京工业大学音乐台，主要的功能在于平时举办一些露天的聚会，平时主要作为一个景观节点。
所以选用了摸结构，使得在造型上可以轻盈多变。
体育场看台，主要给观看比赛的人一个休息的场所，需要有通透的视线，而膜结构刚好具有这一方面的有点。
3. 结构分析：膜结构一改传统建筑材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十分之一。
而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度建筑上实现时所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡的可视空间。
膜结构分为四大类：空气支撑式膜结构，骨架支撑式膜结构 ，整体张拉式膜结构，索系支撑式膜结构。
这里主要选用的是骨架支撑式膜结构和整体张拉式膜结构。
膜结构的造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，同时具有阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，使得被广泛应用。
4. 主要应用范围：场馆看台及娱乐空间，标志性小品，建筑入口及膜建筑屋顶，停车场收费站等。
5. 调研照片二．平板网架结构1. 调研实例：南京工业大学体育馆南京工业大学体育馆，体型巨大，里面包含了篮球场，乒乓球室，排球场，游泳馆的多种功能，造型优美，平面布局灵活多变。
2. 结构分析：空间网架结构是由多根杆件根据建筑体型的要求，按照一定规律进行布置，通过节点连接起来的三维空间铰接杆系结构。
网架结构按外形分两种：平板网架和曲面网架网架结构按结构分三种：双层网架，三层网架，组合网架网架结构按跨度分三种：小跨度，中跨度，大跨度3. 平板网架结构的优点：整体刚度大、稳定性好，具有良好的抗震性能；无水平推力或拉力的空间结构，便于下部承重结构的布置；应用范围广泛，平面布置灵活制作安装容易实现工厂化、标准化，占用空间小，使用方便，经济合理；4. 主要应用范围：体育建筑，大型公共建筑，单层工业厂房，加油站，收费站等5. 调研照片三．框架结构1.调研实例：南京图书馆南京图书馆占地25200平方米，分为地下2层和地上9层，设计总高度41.1米。
张力结构的型式及发展
张力结构的型式及发展徐宗美，张华，陈礼和南京河海大学土木工程学院 ( 210098)E-mail：xuzongmei_1999@摘 要：张力结构涉及诸如基础理论研究、应用技术、材料科学、建筑设计与施工等内容，它的分析、设计与施工反映了一个国家多种先进的科学技术水平。
由于张力结构充分发挥了材料强度，造型优美且具有很高的结构效率，在大跨度空间结构及中小跨度结构中得到了广泛应用。
随着张力结构的不断发展，目前出现了许多新型结构型式。
本文结合大量科技文献，对张力结构进行了分类并阐述了各型式的机理和特点，对其重点研究领域进行了描述，最后对张力结构的发展前景作了展望。
关键词：张力结构；悬索结构；张力集成体系；膜结构1概述张力结构从满足一定拓扑关系的几何构造和外形中，通过预应力过程获取刚度，从而使结构具有满足功能要求的建筑造型和承载能力。
因此张力结构的分析、设计与施工的过程紧紧围绕结构的拓扑、外形及刚度展开。
在当前的工程中，张力结构一般都不是一种简单的型式，而是多种型式的集成，因此各文献对其分类也不尽相同，本文取长补短，对张力结构作出如下分类：悬索结构，张力集成体系和膜结构。
2张力结构的分类2.1悬索结构悬索结构形式多样，布置灵活，自重轻，施工简单。
它以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。
悬索结构仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯矩和剪力效应，可充分利用钢材的强度[1]。
悬索结构按受力特点，一般可分成单层悬索体系、双层悬索体系、索网结构、张弦梁、组合悬索结构及斜拉结构等类型。
2.1.1单层悬索体系单层悬索体系根据索的布置方式分为平行布置方式、辐射布置方式和网状布置方式。
平行布置方式即单向索系结构，它由许多平行单根拉索组成，拉索之间可以设置横向加劲构件，拉索两端悬挂在稳定的支承结构上，也可设置专门的锚索或端部的水平结构来承受悬索的拉力。
膜结构
摘要膜结构系统是由膜、索、桅杆、梁柱、基础等组件组成的，可以创造出优美的曲面造型；可以覆盖大跨度空间，并且重量轻，具有优异的结构特性。
同时，膜结构在照明、声学、防火、保温、节能与自洁等方面也具有许多优点。
现代意义上的膜结构在国外经过30多年的发展已经趋于成熟。
自1997年上海八万人体育场建成以来，膜结构在我国内地已得到较多应用，被广泛应用于体育场、展览馆、加油站等建筑中。
膜结构的组件与传统结构中的构件截然不同，其连接方式与传统结构中构件连接方式差别也非常大。
膜结构施工与传统结构施工最大的不同在于膜结构的节点连接。
本讲义对膜结构的节点连接进行了比较系统的概括，主要体现在以下几方面：一、.综合阐述了膜结构中各类材料的性能及其特性；二、将膜结构中的各类节点进行了新的分类，使之条理更加清晰；三、分析了膜结构的节点受力特点，并提出膜结构中节点的设计原则和要求；四、对膜结构的节点按类别进行了系统的介绍；五、对典型节点进行了受力分析；本讲义的编写得到了土木工程学院领导的大力支持，在此表示感谢。
由于本人水平有限，加之时间仓促，讲义中谬误之处在所难免，望读者及时提出批评指正。
目录第一章绪论 (3)第二章膜结构体系及其组成材料 (10)2.1 膜结构体系 (10)2.2 膜结构组成材料 (17)第三章膜结构节点构造 (26)3.1膜结构节点分类、特性及其设计要求 (26)3.2 膜材连接节点 (30)3.3 索材连接节点 (53)3.4支承骨架连接节点 (59)第四章工程实例―徐州“月影风帆”膜结构改造设计 (65)第一章绪论人类的建筑活动从远古时期的帐篷到现代空间结构的膜结构，经历了漫长的发展历程。
认识膜结构的发展历程有助于我们认识建筑膜结构技术的演变规律，更好地进行建筑设计。
一、膜材的发展概况远古时期，人类最早的居所是帐篷。
它采用树皮、兽皮作帏幕，用石材、树干等作支承，以后逐渐发展为天然合成材料，如棉纱、毛纺、帆布等。
什么是膜结构建筑？
什么是膜结构建筑？一．定义1．膜结构——由膜材和其他构件组成的建筑物或构筑物。
2．基材——由玻璃纤维或聚酯纤维等织成的高强度织物。
3．涂层——涂敷在基材上，起保护基材作用的聚合物层。
4．面层——保护膜材免受紫外线侵蚀并使膜材具有自洁性的表面附加层。
5．膜材——由基材和聚合物涂层构成的涂层织物以及由高分子聚合物制成的薄膜。
6．拉索——具有一定预张力的受拉构件。
可为钢丝束、钢绞线、钢丝绳等钢索和非金属缆绳等。
7．膜片——对膜材进行裁剪后形成的单块膜。
二．类型1．根据建筑造型需要和支承条件可分为整体张拉式膜结构、骨架支承式膜结构、索系支承式膜结构与空气支承式膜结构，或由以上形式混合组成的结构。
（1）整体张拉式膜结构——由桅杆等构件提供支承点，并在周边设置锚固点，通过张拉而形成稳定的体系。
1-膜；2-边索；3-脊索；4-桅杆；5-锚固点；6-谷索；7-柱（2）骨架支承式膜结构——由钢构件或其他刚性结构作为承重骨架，在骨架上布置按设计要求张紧的膜材。
1-骨架；2-膜（3）索系支承式膜结构——由空间索系作为主要承重结构，在索系上布置按设计要求张紧的膜材。
1-索系；2-环梁；3-膜（4）空气支承式膜结构——具有密闭的充气空间，并应设置维持内压的充气装置，借助内压保持膜材张力并形成设计要求的曲面，可采用气承式、气肋式和气枕式。
1-加劲索；2-膜；3-气肋；4-气枕三．材料1．膜材应根据建筑功能、膜结构所处环境和使用年限、膜结构承受的荷载以及建筑物防火要求进行选用。
（1）G类，在玻璃纤维织物基材表面涂覆聚合物连续层的涂层织物；常用G类膜材等级（2）P类，在聚酯纤维织物基材表面涂覆聚合物连续层并附加面层的涂层织物；常用P类膜材等级（3）E类，由乙烯和四氟乙烯共聚物制成的ETFE薄膜。
E类膜材第一、第二屈服强度及极限抗拉强度标准值(N／mm2)E类膜材密度、弹性模量和泊松比2．拉索和锚具拉索可采用钢丝束、钢绞线或钢丝绳，也可以根据具体情况采用钢拉杆等。
膜结构分类
张拉式膜结构通过钢索与膜材共同受力形式稳定曲面来覆盖建筑空间，它是索膜建筑的代表和精华，具有高度的形体可塑性和结构灵活性。
骨架式膜结构通过自身稳定的骨架体系支撑膜体来覆盖建筑空间，骨架体系决定建筑形体，膜体为覆盖物。
空气式膜结构通过空气压力支撑膜体来覆盖建筑空间，它形体单一，运用较少。
优点：1.更自由的建筑形体塑造多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化，新颖美观，同时体现结构之美，且色彩丰富，可创造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。
2.更好的经济效益膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1/30，这就降低了墙体和基础的造价。
同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的“建筑可识性”和商业效应，其价格效益比更高。
3.更短的施工周期膜工程中所有加工和制作依设计均可在工厂内完成，在现场只进行安装作业。
相比传统建筑的施工周期，它几乎要快一倍。
4.更低的能源损耗膜材有较高的反射性及较低的光吸收低，并且热传导性较低，这极大程度上阻止太阳能进入室内。
另外，膜材的半透明性保证了适当的自然漫散射光照明室内。
5.更大跨度的建筑空间由于自重轻，膜建筑可以不需要内部支撑面大跨度覆盖空间，这使人们可以列灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。
基材：膜材基本上为一种织布，织材由纤维构成。
一织品结构的材料选择、适当的设计、施工、制造及安装，综合这几点能够确保结构的品质。
结构的好坏主要取决于材料的选择。
运用在拉力结构及充气式结构中更为贴切，因为膜材本身亦有载重。
大部分的织品结构运用织品更甚于网状物或胶卷。
织品主要镀上其它材料或压层以产生更大的拉力或更强的抗外力。
最常见的材料为聚酯压层或镀PVC材质，镀PTFE或镀硅之玻璃纤维材质。
网状物、胶卷及其它材料各有其适用范围。
而通常纤维之运用可分为下列数种：1.尼龙/ Nylon：抗拉力较Polyester稍佳，但其弹力系数较低，使得在载重之情形下可能造成皱褶之机率大为升高，且易受湿度变化影响，使得在裁切前后之误差产生，并且易受紫外线影响而逐渐失去抗拉力。
大跨度建筑结构体系简述-各种大跨度结构类型
大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。
大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
而大跨度结构的表现形式是多种多样的。
大跨度空间结构；拱券结构及穹隆结构；椼架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构一、拱券结构及穹隆结构从迄今还保存着的古希腊宏大的露天剧场遗迹来看，人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。
古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的，从建筑历史发展的观点来看，一切拱结构-包括各种形式的券、筒形拱、交叉拱、穹隆-的变化和发展，都可以说是人类为了谋求更大室内空间的产物。
券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。
罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。
拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。
例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。
很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。
为了克服这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。
而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。
到了罗马时代，半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。
神殿的直径为43.3米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。
在大跨度结构中，结构的支点越分散，对于平面布局和空间组合的约束性就越强；反之，结构的支承点越集中，其灵活性就越大。
从罗马时代的筒形拱衍变成高直式的尖拱拱肋结构；从半球形的穹隆结构发展成带有帆拱的穹隆结构，都表明由于支承点的相对集中而给空间组合带来极大的灵活性。
膜结构
·膜材料的性质 ：
膜作为继木材、砖石、金属、 膜作为继木材、砖石、金属、混凝土 之后的第五代建筑结构材料，具有显著的 之后的第五代建筑结构材料， 自身特性。 自身特性。第一代木材和第三代钢材拉压 性能均良好， 性能均良好，第二代砖石和第四代混凝土 则只具备良好的抗压能力， 则只具备良好的抗压能力，作为第五代的 膜材料则只能受拉， 膜材料则只能受拉，没有承压和抗弯曲能 这是膜的最本质的特征。 力，这是膜的最本质的特征。
充气式膜结构
张拉式膜结构
骨架式膜结构
组合式膜结构
膜结构具有以下优点： 3 膜结构具有以下优点： 1、造型的艺术性。 2、良好的自洁性。 3、施工的快捷性。 4、较好的经济性。 5、 结构自重轻，非常适合于建造大 跨度空间结构。
4 膜材介绍
·膜材料的组成和分类 膜材料的组成和分类
膜材就是氟塑料表面涂层与织物布基 按照特定的工艺粘合在一起的薄膜材料。 常用的氟素材料涂层有PTFE（聚四氟乙 烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚 氯乙烯）等。织物布基主要用聚酯长丝 （涤膜结构按结构受力特性大致 可分为充气式膜结构、张拉式膜结构 （Tension/Suspension membrane structure）、骨架式 膜结构（Frame membrane structure，Cable dome membrane structure）、组合式 膜结构（Compound membrane structure）等几大类。
5.喷刷面漆 5.喷刷面漆
6.钢构件吊装 6.钢构件吊装
7.膜材吊装 7.膜材吊装
8.压膜边 8.压膜边
9.帽口固定 9.帽口固定
10.工程竣工 10.工程竣工
与膜结合的结构大致有下述几类: 6 与膜结合的结构大致有下述几类:
膜结构
设计编辑
膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析、荷载分析、裁剪分析等四大问题。通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造型、净空体量，确定各控制点的坐标、结构形式，选用膜材和施工方案。初始平衡形状分析就是所谓的找形分析。由于膜材料本身没有抗压和抗弯刚度，抗剪强主芤很差，因此其刚度和稳定性需要靠膜曲面的曲率变化和其中预应力来提高，对膜结构而言，任何时候不存在无应力状态，因此膜曲面形状最终必须满足在一定边界条件、一定预应力条件下的力学平衡，并以此为基准进行荷载分析和裁剪分析。膜结构找形分析的方法主要有动力松弛法、力密度法以及有限单元法等。膜结构考虑的荷载一般是风载和雪载。在荷载作用下膜材料的变形较大，且随着形状的改变，荷载分布也在改变，因此要精确计算结构的变形和应力要用几何非线性的方法进行。荷载分析的另一个目的是一确定索、膜中初始预张力。在外荷载作用下膜中一个方向应力增加而另一个方向应力减少，这就要求施加初始张应力的程度要满足在最不利荷载作用下应力不致减少到零，即不出现皱褶。因为膜材料比较轻柔，自振频率很低，在风荷载作用下极易产生风振，导致膜材料破坏，如果初始预应力施加过高，膜材涂变加大，易老化且强度储备少，对受力构件强度要求也高，增加施工安装难度。因此初始预应力的确定要通过荷载计算来确定。经过找形分析而形成的摸结构通常为三维不可展空间曲面，如何通过二维材料的裁剪，张拉形成所需要的三维空间曲面，是整个膜结构工程中最关键的一个问题，这正是裁剪分析的主要内容。
以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。
膜结构介绍
膜结构介绍一种适合建筑的新材料的出现，必然引建筑结构的革命，如历史上的混凝土和钢材，70年代以来，以欧美为中心发展起来的新型织物膜材，也是如此，用这种优良的织物，辅以柔性或钢性支撑，可绷成一个曲率互反，有一定刚度和张力的结构体系。
这种全新的建筑结构形式，集建筑学、结构力学、材料学与精细化工、计算机技术等为一体，具有以下优秀的特点：1、造型的艺术性。
它既能充分发挥建筑师的想象力，又能体现结构构件清晰受力之类。
2、良好的自洁性。
膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。
3、施工的快捷性。
膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，现场只进行半成品组装，因此施工简便快捷，施工周期短。
4、较好的经济性。
由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，因而比较节约能源，降低了长期使用费用，同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。
5、结构自重轻，非常适合于建造大跨度空间结构。
膜结构的分类膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构（Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜结构（Frame membrane strcture，Cable dome membrane structure）、组合式膜结构（Compound membrane structure）等几大类。
充气式膜结构张拉式膜结构骨架式膜结构组合式膜结构膜应用领域：★ 体育设施：体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等。
★ 商业设施：商场、购物中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等。
★ 文化设施：展览中心、剧院、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。
★ 交通设施：机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。
★ 工业设施：工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。
★ 景观设施：建筑入口、标志性建筑或景观性小品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。
论膜结构施工安装工艺及应注意的问题
１ 结构现 场拼装 钢
Ｉ ． １现场拼装前的准备 工作 首先 ：在第一节 准备发运前一周将工厂 自备的工具设 备运输到 现场 。 并实现水通 、 电通、 通。 路 其次 ： 将同车运到 的配套胎架划线 、 定 位、 复验并焊接固定。 １ ． ２构件现场验收 构件检查验 收。依据设计 图纸和有关规范、构件进人安装现场 后， 应对 其标记 、 量、 数 外观质 量进行仔 细检查 。 并做 好检查 验收记 录。对不合格的构件 。 决不允许验收和进入安装工序。 ｌ３ 装 工 艺 方 案 －安 地面工作平台进行现场安装的工作 。 各构件或组件在安装前 ， 要 对其标记 、 几何尺寸 、 安装孔距等进 行认真 的检查 ． 确认无误后 。 方可 安装； 校核测量预埋件的埋设精 度是否 与设计 图纸一致 ； 将配套胎 架 和临时吊装支架 吊装上楼顶并配置到位；将桅杆分段及其它散件用 汽车吊吊上 ； 在安装好桅杆上的膜 张紧装置后 刚性连接牢固 ； 将中间 的与桅杆相连 的桅杆和临时 吊装支架安装到位 。然后将其它两道横 向桁架拼装成型 ， 用临时支架固定在各 自的预定位置 ； 从中部开始 向
结构施工安装工艺及应注意的问题
◎鲁 晓旭 ’胡 蓉
（ １华晨 汽 车集 团控股 有限 公 司 １０３ ； 宁佥 帝建 工集 团钢结构公 司，１０ １ １０１２辽 １０３ ） 摘 要： 膜结构 又叫 张拉 膜结 构 ， 以 建筑 织物 ， 是 即膜材 料 为张拉 主 体 ， 支撑构 件 或拉 索共 同组 成 的结 构体 系。 以其独 与 它 特 的建筑 造型 ， 良好 的受力特 点 ， 为 大跨 度 空 间结 构的 主要 形 式之 一 。膜 结构是 一种 全新 的建 筑 结构形 式 ， 成 它集建 筑 学、 结 构力 学 、 细化 工与材 料科 学 、 精 计算机 等技 术 为一体 ， 有很 高技 术含 量 ， 具 结合 具体 环境 ， 具有 丰 富表 现 力 的膜 结构 能建 造 出标志性 的形 象工程 。为此 ， 实践 工作经 验 ， 膜结构施 工 安装 的具体 工艺进行 探讨 ， 参考 。 结合 对 以供 关键 词 ： 结构 施工安 装 工 艺 膜 中 图分 类号 ：Ｕ７８ Ｔ ５ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：６３０９ （０００．０ ８ １ １７．９２ ２１ ）５０９ ． ０
膜结构在大跨度建筑上的运用
膜结构在大跨度建筑上的运用作者：于向春来源：《中外企业家·下半月》 2014年第3期于向春（赤峰市巴林右旗振通建筑有限责任公司，内蒙古赤峰024000）摘要：目前, 膜结构技术已引起全世界的关注。
我国最早涉猎此领域的是一些大学的教授和学者。
笔者通过对膜结构的简要概述，并分析了膜结构在大跨度建筑上的运用。
关键词：膜结构；大跨度建筑；技术中图分类号：TU746 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2014）09-0212-01收稿日期：2014-02-21作者简介：于向春（1975-），男，蒙古族，内蒙古巴林右旗人，本科，工程师。
研究方向：民用建筑。
一、膜结构概述膜结构发展到现在，已经应用到我国的许多建筑中。
膜结构是提取高强质轻的薄膜材料，然后利用先进的结构计算获得的。
它的形式也在发生着变化，由以前的充气形式逐渐演变成张拉整体体系。
1. 膜结构定义随着我国经济的迅猛发展，建筑结构形式也在逐渐改善，最近发展起来的新型的形式是膜结构，它提取多种高强质轻的薄膜材料，再经过一定的加工，其内部在预张力的作用下形成一种空间形状，这种空间结构能承受一定的外荷负载。
膜结构主要包含充气膜结构和张拉膜结构两大类。
充气膜结构是靠室内不断充气，使室内外产生一定压力差（一般在10㎜ -30 ㎜水柱之间）, 室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力，从而实现较大的跨度。
张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型，其造型非常优美灵活。
2. 膜结构的发展膜结构是一种古老的结构形式。
经过近年来的发展，已成为一种能够代表当今建筑技术和材料学发展水平的新型结构体系。
早在远古时代，人们利用兽皮等制造的帐篷便是最原始的膜结构。
进入20 世纪以来，人们利用类似的原理，制造了飞艇. 雷达天线罩等，使膜结构首先在其他一些领域中得到了应用；同时，作为临时性建筑，如野营帐篷、马戏团大棚、临时性仓库等。
膜结构也曾被采用。
但是膜结构作为一种真正的现代功能结构，当推1970 年在日本大阪万国博览会中所建造的一些空气膜结构。
膜结构设计基础
设计基础规定1. 膜结构选型1) 除小跨度结构外，膜结构中的膜材总是与其他构件共同承重。
目前，国内外对膜结构的形式有很多种不同分类方法，尚未统一。
本规程按膜材及其相关构件的受力方式分成四种形式，是一种比较科学的分类方法。
2) 整体张拉式膜结构主要由索和膜构成，两者共同起承重作用，通过支承点和锚固点形成整体。
3) 骨架支承式膜结构由钢构件（如拱、钢架）或其他钢性结构起承重作用，膜材主要起围护作用。
4) 索系支承式膜结构主要由索、杆和膜构成，三者共同起承重作用。
在通常所称的张拉整体（tensegrity）结构中，如采用膜材，即属于索系支承膜结构。
另外比较流行的索穹顶结构（cabledome）也属于此类。
5) 以空气作为一种支承方式，是膜结构的一个特点，一般也成为充气结构，其设计与构造与传统结构有许多不同之处。
2. 建筑设计1) 膜结构建筑的表现方式与一般建筑有所不同，在建筑单位方案设计阶段，就应充分考虑到不同表现方式的相容与协调，并注意利用膜结构建筑技术所具有的形象特点，因势利导。
膜结构建筑的方案设计应由建筑师与膜结构工程师共同完成。
设计时首先应考虑膜结构体系的特殊性，从建筑功能和结构受力性能入手，创造出形式完美、构造合理的膜结构建筑。
2) 各国对于膜材的耐火等级和防火要求各不相同。
一般来说，耐火等级与材料价格直接有关。
当有条件时应尽量采用不然类膜材。
当永久性建筑采用阻燃类膜材时，尚应根据当地消防部门的要求采取必要的防火措施。
3) 结构建筑采用的膜材一般均具有透光特性。
由于漫射光的作用，膜材覆盖的空间内将呈现特殊的光学效果（有明显光感但无阴影），建筑设计中应予以合理利用。
采用双层膜构造时，应考虑到透光率的折减。
4) 膜结构建筑的保温隔热性能较差，目前已广泛使用的膜材，自身并不能较好的隔绝外部温度的影响。
单层膜结构仅适用于敞开式建筑或气候较温和的地区。
对于封闭式建筑，应注意采用其他构造方式解决保温隔热问题。
骨架支承式膜结构
骨架支承式膜结构
骨架支承式膜结构是一种以刚性结构（通常为钢结构）作为承重骨架，并在骨架上铺设按设计要求张紧的膜材的结构形式。
这种结构形式与常规结构比较接近，易于设计和施工，因此得到了广泛的应用。
骨架支承式膜结构的主要特点是：
1.刚性骨架是主要的受力体系，膜材仅作为维护材料，分析计算中一般不考虑膜
材对支承结构的影响。
2.骨架支承膜结构中刚性骨架可以是桁架、网架、网壳、拱等结构形式。
3.骨架支承膜结构由于与常规结构比较接近，易于设计和施工。
骨架支承式膜结构可以应用于各种大跨度结构中，如大型体育场馆、机场大厅、展览中心等。
在设计时，需要根据工程的具体情况，进行细致的结构分析和设计，以确保结构的安全性和稳定性。
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骨架式膜结构
以钢构构成的屋顶骨架后，在其上方张拉膜材的构造形式。
下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。
张拉式膜结构
以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。
除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。
张拉式膜结构
以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。
除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。
充气式膜结构
充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高。
膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度，柔韧
性好的薄膜材料，是由纤维编织成织物基材，在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成材料，中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维，而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂（PVC），聚四氟乙烯树脂（PTFE）。
织物基材——抗拉强度，抗撕裂强度，耐热性，耐久性，防火性。
涂层材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。
二、建筑物的构造组成
基础
墙或柱
楼地层
六大基本组成
楼梯
屋顶
门窗
特有构配件：阳台、坡道、雨篷、女儿墙、台阶、花池等
基础
是墙和柱子下面的放大部分，它直接与土层相接触，
承受建筑物的全部荷载，并将这些荷载连同本身的重量
一起传给地基。
基础是建筑物的主要承重构件，处在建筑物地面以
下，属于隐蔽工程。
基础质量的好坏，关系着建筑物的
安全问题。
建筑设计中合理地选择基础极为重要。
地基是基础下面的土层，不是房屋建筑的组成部分。
地基承受建筑物
的全部荷载，其中，具有一定的地耐力，直接支承基础，持有一定承
载能力的土层称为持力层；持力层以下的土层称为下卧层。
墙（或柱）
是建筑物的承重构件和围护构件。
作为承重构件的外
墙，其作用是抵御自然界各种因素对室内的侵袭；内墙主要
起分隔空间及保证舒适环境的作用。
框架或排架结构的建筑
物中，柱起承重作用，墙仅起围护作用。
楼板层
楼板是水平方向的承重构件，按房间层高将整幢建筑物沿水平方向
分为若干层；楼板层承受家具、设备和人体荷载以及本身的自重，并将
这些荷载传给墙或柱；同时对墙体起着水平支撑的作用。
因此要求楼板
层应具有足够的抗弯强度。
地坪层
是底层房间与地基土层相接的构件，起承受底层房间荷载的作用。
要求地坪具有耐磨防潮、防水、防尘和保温的性能。
楼梯
是供人们上下楼层和紧急疏散的垂直交通设施。
具有足够
的通行能力，并且防滑、防火，能保证安全使用。
屋顶
是建筑物顶部的围护构件和承重构件。
抵抗风、雨、雪霜、冰雹等的侵袭和太阳辐射热的影响；又承受风雪荷载及施工、检修等屋顶荷载，并将其传给墙或柱。
具有足够的强度、刚度及防水、保温、隔热等性能。
门窗
门主要供人们出入内外交通和分隔房间作用；窗主要起通
风、采光、分隔、眺望等围护作用。
外墙上的门窗又是围护构
件的一部分，要满足热工及防水的要求。
三、建筑模数协调统一标准
为了建筑设计构件生产以及施工等方面的尺寸协调，从而提高建筑工业化的水平，降低造价并提高房
屋设计和建造的质量和速度，建筑设计应采用国家规
定的建筑统一模数制。
建筑模数是选定的标准尺度单位，作为建筑物、
建筑构配件、建筑制品以及有关设备尺寸相互间协调
的基础。
根据我国制订的《建筑模数协调统一标准》，
我国采用如下模数制：
1、基本模数：
数值为100mm，用M表示，即M=100mm。
2、导出模数
（1）扩大模数：
指基本模数的整数倍，扩大模数的基数为3M、6M、12M、15M、
30M、60M共六个，其相应的数值分别为300、600、1200、1500、
3000、6000mm。
主要用于建筑物的开间或柱距、进深或跨度。
（2）分模数：
指整数除基本模数的数值，分模数的基数为M/10、M/5、M/2。
主要用于缝隙、构造节点和构配件截面等处。
4、几种尺寸
标志尺寸：标注建筑物定位轴线间的距离(如开间或柱距、进深或跨
度、层高等）以及建筑构配件、建筑组合件、建筑制品、
有关设备位置界限之间的尺寸。
构造尺寸：建筑构配件、建筑组合件、建筑制品等的设计尺寸，一般
为标志尺寸减去缝隙尺寸。
实际尺寸：建筑构配件、建筑组合件、建筑制品等生产制作后的实有
尺寸。
实际尺寸和构造尺寸的差数应符合建筑公差规定。
定位轴线
是用来确定主要承重构件（墙、柱、梁）位置及尺寸标注的基准。
定位轴线为细点画线。
编号注写在轴线端部的圆内。
轴线编号圆φ8～10，细实线（0.25b），横向或横墙编号为阿拉伯数字，从左到右；竖向或纵墙编号用拉丁字母，自下而上。
注意I、O、Z不得作轴线编号，避免与1、0、2混淆。
四、建筑常用术语
横墙：沿建筑宽度方向的墙。
纵墙：沿建筑长度方向的墙。
进深：纵墙之间的距离，以轴线为基准。
开间：横墙之间的距离，以轴线为基准。
山墙：外横墙。
女儿墙：外墙从屋顶上高出屋面的部分。
层高：相邻两层的地坪高度差。
净高：构件下表面与地坪（楼地板）的高度差。
建筑面积：建筑物外包尺寸的乘积×层数。
使用面积：房间内的净面积。
交通面积：门厅、走道、楼梯间等联系设施所占的面积。
结构面积：墙体、柱子等所占的面积。
绝对标高：青岛市外黄海海平面年平均高度为±0.000标高。
相对标高：建筑物底层室内地坪为±0.000标高。
层高与净高
要点：参考面应一致
净高：室内地面至顶棚下皮的高度
参考面一：楼地面
参考面二：1、楼板底面
2、梁底面
3、吊顶底面
开间与进深
开间——两横向轴线之间的距离进深——两纵向轴线之间的距离。