膜结构建筑构造
世界钢结构,膜结构简介
水立方
国家游泳中心又被称为“水立方”（Water Cube）,位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏 季奥运会修建的主游泳馆，也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。国家游泳中心的设计方案， 是经全球设计竞赛产生的“水的立方”（[H2O]3）方案。该方案由中国建筑工程总公司、澳大利亚 PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计。设计体现出 [H2O]3(“水立方”)的设计理 念，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特。“水立方”是世界上最大的膜结构工程。 膜结构建筑是21世纪最具代表性的一种全新的建筑形式，至今已成为大跨度空间建筑的主要形式之 一。在2008年的奥运会建筑设计上，膜结构应用得到完美的体现。它集建筑学、结构力学、精细化 工、材料科学与计算机技术等为一体，建造出具有标志性的空间结构形式，它不仅体现出结构的力 量美，还充分表现出建筑师的设想，享受大自然浪漫空间。“水立方”整体建筑由3000多个气枕组 成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到10万平方米，堪称世界之最。除了地面之外，外表都 采用了膜结构。安装成功的气枕将通过事先安装在钢架上的充气管线充气变成“气泡”，整个充气 过程由电脑智能监控，并根据当时的气压、光照等条件使“气泡”保持最佳状态。如果万一出现外 膜破裂，根据应急预案，可在8个小时内把破损的外膜修好或换新。“水立方”晶莹剔透的外衣上 面还点缀着无数白色的亮点，被称为镀点，它们可以改变光线的方向，起到隔热散光的效果。目前 世界上只有三家企业能够完成这个膜结构。采用的ETFE膜材料,可以最恰当地表现“水立方”，水 立方”的外形看上去就像一个蓝色的水盒子，而墙面就像一团无规则的泡泡。“ETFE”，也就是我 们常说的“聚氟乙烯”，材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自清洁能力强。国外的抗老化试验证明，它 可以使用15至20年。而且也很结实，据称，人在上面跳跃也不会损伤它。同时由于自身的绝水性， 它可以利用自然雨水完成自身清洁，是一种新兴的环保材料。ETFE膜具有较好抗压性，厚度仅如 同一张纸的ETFE膜构成的气枕，甚至可以承受一辆汽车的重量。 “水立方”占地7.8公顷，却没 有使用一根钢筋，一块混凝土。其墙身和顶棚都是用细钢管连接而成的，有1.2万个节点。只有2.4 毫米厚的膜结构气枕像皮肤一样包住了整个建筑，气枕最大的一个约9平方米，最小的一个不足1平 方米。跟玻璃相比，它可以透进更多的阳光和空气，从而让泳池保持恒温，能节电30%。
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。
膜结构的介绍及应用
膜结构的介绍及应用膜结构是一种建筑与结构完美结合的结构体系。
它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。
其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。
这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。
一、膜结构的分类从结构方式上大致可分为骨架式、张拉式、充气式膜结构3种形式1.骨架式膜结构（FrameSupportedStructure）以钢构或是集成材构成的屋顶骨架后，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。
2.张拉式膜结构（TensionSuspensionStructure）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到安定的形式。
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.近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材料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（PneumaticStructure）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，可得到更大的空间，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。
二、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的材料，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）,硅酮(silicon)及聚四氟乙烯树脂（PTFE），在力学上织物基材及涂层材分别具有影响下列的功能性质。
膜结构构造及施工技术
膜结构构造及施工技术膜结构，这可是个相当有趣又实用的玩意儿啊！你看，那些造型独特、美观大方的建筑，很多可都是膜结构的功劳呢！膜结构啊，简单来说，就像是给建筑穿上了一件特别的“衣服”。
这“衣服”可不一般，它有着特殊的材质和构造。
它通常是由高强度的膜材料制成，就像是超级坚韧的布料。
这种膜材料啊，轻得很，但是强度却非常高，就像那柔弱的小草却有着顽强的生命力一样。
那膜结构是怎么构造起来的呢？这可不是随随便便就能搞定的事儿。
首先得有个好的设计，要像艺术家画画一样，精心构思每一个细节。
然后呢，就开始搭建骨架，这骨架就像是人的骨骼一样，支撑起整个膜结构。
把膜材料铺在骨架上，就像是给骨架穿上了漂亮的衣服。
施工技术那也是相当关键的呀！施工的时候，就像是在雕琢一件艺术品。
工人师傅们要小心翼翼地把每一块膜材料安装到位，不能有一点儿马虎。
他们就像是细心的裁缝，把每一针每一线都缝得恰到好处。
膜结构的好处可多了去了。
它造型多变啊，可以变成各种各样你能想象到的形状，圆的、方的、奇形怪状的，只有你想不到，没有它做不到。
而且它还透光性好，让阳光可以洒进来，就好像是大自然给我们开了一扇窗。
它还能遮阳挡雨，比普通的屋顶厉害多了呢！想象一下，如果我们的城市里到处都是膜结构的建筑，那该是多么美丽的一道风景线啊！走在大街上，看着那些独特的建筑，心情都会变得格外好呢。
而且膜结构还很环保，对环境的影响小，这不是一举多得吗？膜结构的应用也越来越广泛啦！在体育场馆里，它可以为运动员和观众们遮风挡雨；在公园和广场上，它可以成为人们休闲娱乐的好去处；在一些大型活动现场，它又可以快速搭建起来，提供一个独特的空间。
哎呀，膜结构真的是太神奇啦！它让我们的建筑变得更加丰富多彩，让我们的生活变得更加美好。
我们真应该好好感谢那些发明膜结构和掌握施工技术的人们，是他们让我们的世界变得如此奇妙。
所以啊，大家可别小看了这膜结构，它可是有着大本事呢！。
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。
膜结构建筑-水立方
水立方膜结构建筑采用ETFE膜材料设计,ETFE膜材料介绍:ETFE的中文名为乙烯-四氟乙烯共聚物。
ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，是一种透明膜材。
2008年北京奥运会国家体育馆及国家游泳中心等场馆中将采用这种膜材料。
ETFE膜材常做成气垫应用于膜结构中。
ETFE膜使用寿命至少为25-35年，是用于永久性多层可移动屋顶结构的理想材料。
该膜材料多用于跨距为4米的两层或三层充气支撑结构，也可根据特殊工程的几何和气候条件，增大膜跨距。
膜长度以易安装为标准，一般为15-30米。
小跨度的单层结构也可用较小规格。
ETFE膜达到B1、DIN4102防火等级标准，燃烧时也不会滴落。
且该膜质量很轻，每平方米只有0.15-0.35公斤。
这种特点使其即使在由于烟、火引起的膜融化情况下也具有相当的优势根据位置和表面印刷的情况，ETFE膜的透光率可高达95%。
该材料不阻挡紫外线等光的透射，以保证建筑内部自然光线。
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/m2K。
耗能指数以一个三层印刷的膜为例可达到0.77。
由于其优秀品质，ETFE膜几乎不需日常保养。
可对其由于机械损坏的屋顶进行简单检查（一年一次为宜），并根据需要就地维修。
同时也可检查通风系统，更换过滤装置。
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它ETFE产品。
在参观“水立方”时记者获知，“水立方”不仅是2008年北京奥运会(北京奥运会新闻,北京奥运会说吧)三大标志性建筑物之一，也是北京市政府指定的唯一一个由港澳台侨同胞捐资建设的奥运场馆。
业主负责人告诉记者，“水立方”还具有两个“世界第一”，一个是ETFE 立面装配系统在国家游泳中心的运用、尝试是迄今世界上规模最大、构造最复杂、技术综合最全面的一次；另一个是“水立方”建成后，将会是当时最大规模的一家游泳馆。
奥运会期间，“水立方”将承担游泳、跳水、花样游泳、水球等比赛任务，奥运会赛后将成为一个多功能的大型水上运动中心，既可举办大型国际赛事，又能为公众提供水上娱乐、运动、休闲、健身等服务据介绍,整个"水立方"外层采用了一种叫四氟乙烯的膜材料,整个结构数量达到了1437块。
5.9索膜结构
二、索－膜结构
景观雕塑
图2
（一）索－膜结构的概念
索－膜结构是以膜材为主体并与钢结构及钢
索共同组成的全新结构体系。
并于二十世纪后期成为国际上大跨度空间建
筑及景观建筑的主要形式之一，具有强烈的
时代感和代表性。
（二）发展概况
设计理念的起源
1917年有一位名为兰彻斯特（Federick W. Lanchester)的美国人建议利用新发明的电力 鼓风机将膜布吹胀,作野战医院。这只是一种构 思，而没有真正正成为使用的产品。 美国军方做了一个直径15m圆形充气的雷达 罩（Radome)，可以保护雷达不受气候侵袭, 又可让电波无阻的通过，从而使相隔了19年的 专利付诸实用。
伦敦千嬉穹顶（Millennium Dome)是英国政府为迎接21 世纪而兴建的标志性建筑，位于伦敦东部泰晤士河畔的 格林威治半岛上。该建筑是大型综合性展览建筑。穹顶 直径320m，有12根穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采 用圆球形的张力膜结构，膜面支承在72根辐射状的钢索 上。
青岛市颐中体育中 心索膜建筑设计
索膜建筑将是２１世纪 空间结构发展的主流
索膜建筑设计方案实质上同时是索膜结 构体系方案，因此要求从事索膜建筑设计 的建筑师了解索膜结构技术并能熟练地将 其运用到建筑设计中。 目前索膜建筑在世界上得到了广泛应用。 它采用先进的预张力结构技术与轻质膜材 料，其形式具有极高的艺术感染力，是建 筑艺术与结构形式的完美结合。
，再加上膜结构特有的柔顺的曲面、广阔的空间、半透明
的室内环境，使得膜结构具有广阔的发展前景，将是２１
世纪空间结构发展的主流。
（三）膜节构主要类型
气承式 索—膜结构 在薄膜覆盖 的空间内充 气，利用内 外气差来承 受荷载，并 与钢索共同 形成结构。
膜结构施工方案
膜结构施工方案引言概述：膜结构施工方案是一种现代化、高效的建筑施工方法，它以薄膜材料为主体，通过特定的构造和施工工艺，形成一种轻质、柔性、具有良好透光性的建筑形态。
本文将从设计方案、材料选用、施工工艺、质量控制和安全保障等五个大点来详细阐述膜结构施工方案。
正文内容：1. 设计方案1.1 结构设计：膜结构施工方案的设计首先需要确定结构形式，包括单层、双层或多层膜结构。
同时，还需要根据建筑功能和使用要求，确定膜材料的选用、支撑结构的布置等。
1.2 草图设计：在结构设计的基础上，需要进行草图设计，包括整体形态、尺寸比例、支撑结构的布置等。
草图设计需要充分考虑建筑的美观性、透光性和结构的稳定性。
2. 材料选用2.1 膜材料：膜结构施工方案中常用的膜材料有聚氯乙烯（PVC）膜、聚四氟乙烯（PTFE）膜和聚碳酸酯（PC）膜等。
根据建筑的使用要求和环境条件，选择适合的膜材料。
2.2 支撑结构材料：支撑结构材料的选用需要考虑强度、稳定性和耐久性等因素。
常用的支撑结构材料包括钢结构、铝合金和玻璃钢等。
3. 施工工艺3.1 地基处理：膜结构施工前需要对地基进行处理，包括地基平整、加固和排水等工作，以确保膜结构的稳定性和安全性。
3.2 膜材料制作：膜材料的制作需要根据设计要求进行裁剪、焊接和固定等工艺，确保膜材料的完整性和紧密性。
3.3 支撑结构搭建：根据设计方案，搭建支撑结构，包括梁柱的安装、螺栓连接和支撑架的搭建等工作。
支撑结构的搭建需要保证结构的稳定性和精确度。
4. 质量控制4.1 施工过程监控：在施工过程中，需要进行施工质量的监控，包括膜材料的焊接质量、支撑结构的安装质量等。
通过监控，及时发现和解决施工中的问题，确保施工质量。
4.2 施工材料检验：对膜材料和支撑结构材料进行检验，确保其符合设计要求和相关标准。
检验包括材料的强度、耐候性和耐腐蚀性等性能的测试。
4.3 竣工验收：在膜结构施工完成后，进行竣工验收，包括结构的稳定性测试、膜材料的透光性测试和使用功能的验证等。
膜结构简单介绍
膜结构简单介绍膜结构（MembraneStructure），也即张拉膜结构（TesionedMembraneStructure），是依靠膜材自身的张拉力和特殊的几何形状而构成的稳定的承力体系。
膜材只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来保障，因此需制作成凹凸的空间曲面，故习惯上又称空间膜结构。
古老的膜结构在公元前几千年就已经出现，最早是由天然枝条和兽皮搭成的帐篷（Pavilion），然后发展到由铁木和帆布制作成各种各样的形状。
但是，从欧洲古罗马帝国、中国汉朝时代到十九世纪末，膜结构几乎处于一个停滞发展的阶段。
直到第二次工业革命，化学工业和工程力学迅速发展，高分子合成材料技术得到大力改进，膜材料摆脱茹毛饮血的状况，现代膜结构才开始蓬勃发展。
另外，两次世界大战也加快了膜结构的发展。
1917年美国兰彻斯特建议利用新发明的电力鼓风机将膜布吹胀，作野战医院，但没有真正成为使用的产品。
1946年，一位名为贝尔德的人为美国军方做了一个直径15m圆形充气的雷达罩，由此而衍生出了新的膜结构工业产业。
最受人注目的是1967年FreiOtto设计的加拿大蒙特利尔博览会上的西德馆，其以轻质透明有机织片作为顶部结构，开了膜结构商业化的先河。
1970年日本大阪万国博览会上一座气承式膜结构的拟椭圆形美国馆（尺寸140×83.5m），首次采用了聚氯乙烯（PVC）涂层的玻璃纤维织物，这是世界上第一个大跨度的膜结构。
以后，膜结构象雨后春笋，迅速发展。
膜结构是随着现代科学技术发展起来的全新建筑技术表现形式，是材料科学、建筑学、结构力学以及现代环境学高速发展的综合产物。
20世纪60年代随着现代柔性建筑材料的发展，建筑师们从帐篷着一最古老的简单建筑结构出发，构造出了魔幻般的形式——膜结构。
它可以构成单曲面，多曲面等不同建筑结构形式，满足了建筑师们对建筑与美学高度统一的要求。
柔性材料具有透光和防紫外线功能，在一些室外建筑和环境小品中得到广泛的应用。
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。
5.2.6 索-膜结构建筑
德国柏林索尼中心
5.2.6 索－膜结构建筑
索－膜结构是用薄膜材料和钢索共同形成的结构型式。 气承式索－膜结构——在薄膜覆盖的空间内充气，利用内外气压差来承 受荷载，并与钢索共同形成结构； 张拉式索－膜结构——将薄膜与索张紧在刚性或柔性的边缘构件上（也 可能悬挂或支承在若干独立支点上），通过张拉建立预应力．获得确定 的形状。 薄膜材料主要有玻璃纤维布、塑料薄膜、金属编织物等，其中用得最多 的是玻璃纤维布，其表面可涂聚四氟乙烯等类涂料，以增加耐久性和防 火性。薄膜材料之间可用熔接、粘接或缝合等3种方法连接。 气承式或张拉式索－膜结构均属张力结构，和悬索结构相似，它具有重 量轻、构造简单、施工方便、造型灵活等优点（缺点是隔热、防火性较 差），在大跨和超大跨建筑中极具应用前景，在发达国家已获得较大发 展．但在我国应用较少。 1970年大皈万国博览会上的美国馆采用了气承式膜结构，首次使用聚氯 乙烯（PVC）为涂层的纤维织物，受到广泛注意，其准椭圆平面的轴线 尺寸达140m×83.5m，被认为是第一个现代意义的大跨度膜结构。
充气结构亦称充气薄膜结构，是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼 龙布罩内部充气形成一定的形状。日本东京后乐园的空气薄 膜结构棒球场，跨度201m，高度56.19m，
英国伦敦的千年穹顶
美国亚特兰大奥运会馆，圆顶为世界最大的的索支织物（fabric） 屋面， 70500个座位ห้องสมุดไป่ตู้天井高86m，覆盖面积34800m2。体育场呈 240m×192m长圆形。1996年建成。
日本东京后乐园棒球场是日本最大的室内体育场，56000个座位，地下2层， 地上6层，屋盖是钢索与气承漠组成的索－膜结构。屋盖直径201m，用双 层聚四氟乙烯玻璃纤维布制成，外膜厚0.8mm．内膜厚0.35mm．薄膜是用 28根直径为80mm、间距为8.5m双向正交配置的钢索支撑。屋顶总重406t， 面积28000m2，平均每平方米重12.5kg．是日本最轻的屋顶。
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。
大空间张拉膜结构建筑的形态构造技巧
作者单位：华南理工大学建筑学院（广州，５１０６４１）
６／２００４ ＮＥＷ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ８５
表 １ 单元剖面比较示意
构造变化
支柱与维护结构趋于分离、形体空间趋于动感
构造方式
支柱与侧界面趋于重合
支柱与侧界面趋于分离
脊谷式单元
拉索
支柱拉索 看台Fra bibliotek实例温哥华展览中心
慕尼黑奥运会体育场
一 室内主要空气污染物及其危害
该结构体系对大空间界面的围合是以多个 张拉单元排列组合的方式实现的。张拉单元的 构造形式可划分为脊谷式、伞式和鞍式［３］。
一 脊谷式单元张拉膜
结构形态构造技巧
脊谷式单元是在其波峰与波谷处均有拉索 或刚性构件对膜布进行张拉的单元（图 １ ）。
１ 单元构成 整体膜结构建筑在构造上可分为膜布、张 拉构件以及维护结构。从张拉构件与膜布的关 系来讨论，若构件从内部对膜布进行支撑，外 观表现以膜布形态为主，如沙特法何德球场屋 顶（图 ２ ）；若构件通过拉索从外部对膜布进行 张拉，形成张拉构件、拉索与膜布的重叠，呈
３ 悉尼奥林匹克体育场方案 ４ 伞式单元构成示意
５ 哈吉机场候机厅 ６ 弗克斯顿火车终点站候车厅 ７ 沙特阿拉伯杰达赫旅馆庭园 ８ 正倒置单元组合示意
９ 鞍式单元示意 １０ 温布尔登室内网球馆 １１ 佐治亚穹顶机构示意图
３
５
６
１０
８６ ＮＥＷ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ６／２００４
三 鞍式单元张拉膜结构形态构造技巧
鞍式单元为在波峰处用张拉构件对膜布进 行张拉，在波谷处通过预应力使膜布达到自身 的平衡，形成马鞍状的单元（图 ９ ）。
１ 单元构成 鞍式单元的构成特点在于单元形式的两个 主要的起伏方向成对角线布置，构成的特点决 定了其排列、组合的特殊性。 ２ 单元组合 由于单元构成的特殊性，交错排列是最能体 现鞍式单元的造型特点的组合方法，形成了富有 活力的界面效果。英国温布尔登室内网球馆屋顶 由三组细长预制钢筋混凝土交叉拱排列支撑，膜 布在交叉拱的张拉形成平面近似菱形和三角形的 双曲面，形成空间界面交错的韵律；膜布与拱之 间稍有分离，通过拉索连接（图 １ ０ ）。至今，在 结构上非常成功的实例是佐治亚穹顶（１９９３）（图 １１），穹顶的长轴为 ２３５ ｍ，短轴为 １９３ ｍ，穹顶 有三圈由外向内，由下向上的受拉环，环的上下 索之间设置受压的钢制压杆，其上部节点用销钉 与焊接连接钢索。菱形单元之间铺设膜布，拉索 在周边对其施加拉力，形成双曲抛物面。 多层鞍式单元的划分，不但使不同层的压 杆之间形成菱形、三角形等更为稳定的形状，结 构趋于合理，且膜布与拉索交织成由菱形图案 多层放射排列的空间界面，使空间、形体更富 于节奏感。 以上的归纳是立足于基本技术特征来把握 变化的技巧。由于篇幅所限，在这里只讨论每种 单元的构成、排列变化技巧，至于不同种类单元 之间的组合变化，有待在将来用。□
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
膜结构膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，是由多种高强薄膜材料(PVC或T eflon)及加强构件（钢架、钢柱或钢索）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，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。
膜结构可分为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。
组成部分膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料；涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。
常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯（Teflon）。
PVC材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差，但价格便宜，容易加工制作，色彩丰富，抗折叠性能好。
为改善其性能，可在其表面涂一层聚四氟乙烯涂层，提高其抗老化和自洁能力，其寿命可达到15年左右。
Teflon材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好，但它价格较贵，不易折叠，对裁剪制作精度要求较高，寿命一般在30年以上，适用于永久建筑。
发展历史世界上第一座充气膜结构建成于1946年，设计者为美国的沃尔特·勃德（W.Bird），这是一座直径为15的充气穹顶。
1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议，无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。
随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。
其中具有代表性的有盖格尔设计的美国馆（137m×7m8卵形），以及川口卫设计的香肠形充气构件膜结构。
后来人们认为70年大阪博览会是把膜结构系统地、商业性地向外界介绍的开始。
大阪博览会展示了人们可以用膜结构建造永久性建筑。
而70年代初美国盖格尔-勃格公司（Geiger-Berger Associates）开发出的符合美国永久建筑规范的特氟隆（Teflon）膜材料为膜结构广泛应用于永久、半永久性建筑奠定了物质基础。
膜结构精品PPT课件
图9-2-8 拉索的布置
18
第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
日本第1届世界园艺博览会兰花馆太阳馆（圆形建筑）半 径为75米，月亮馆（弧形建筑）最大跨度为40米。
19
第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
图9-2-10 第一穹顶平面及立面图 图9-2-11 第二穹顶平面图
16
第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
气承式膜结构是通过鼓风系统向建筑物内充气， 使室内外保持一定的压力差，并产生一定的预张 应力，以保证体系的刚度，使覆盖膜撑起 。
膜与地面采用沙包或锚固索固定。
图9-2-7气承式膜结构
17
第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
基层为纤维编织物：受力结构 附着于基层上的涂层：密实、保护基层作用外，还有防火、 防潮、透光 ❖ 常用膜材类别： 第1类，聚酯纤性织物加聚氯乙烯（PVC）涂层 第2类，无机材料织物加聚四氯乙烯（PTFE）涂层 第3类，改进PVC膜材 第4类，ETFE膜材，号称软玻璃、塑料王
9
第九章 膜结构
9.1 概述
7
第九章 膜结构
9.1 概述
9.1.1膜结构的特点
使用范围广、可拆卸、易运输。适用于广阔的地域，拆 卸安装时间短。
总之：膜结构建筑外观飘逸，空间开阔灵秀、结构轻盈、 透光阻燃、经久自洁、安装快捷、节能降耗、造价适中、 维修简便。由于膜材造型运用很灵活，尤其使大跨距的 建筑，特别能突显设计者的创意及设计要求。在奥运会、 世博会等大型建设工程中，已经大显身手。
9.1.2薄膜材料的组成和分类
膜结构屋面项目特征描述
膜结构屋面项目特征描述膜结构屋面项目是一种新型的建筑结构形式，具有许多独特的特征和优点。
本文将对膜结构屋面项目的特征进行描述。
膜结构屋面具有轻质高强的特点。
膜结构屋面采用轻质材料，如聚脂纤维、聚氯乙烯等，使整个屋面结构重量大大减轻。
同时，膜结构屋面采用特殊的设计和施工工艺，使其具有高强度和抗风能力，能够适应各种复杂的气候环境。
膜结构屋面具有良好的透光性。
膜结构屋面采用透明材料，如聚碳酸酯等，可以有效地利用自然光，提供良好的室内采光条件。
与传统屋面相比，膜结构屋面可以使室内更加明亮，减少能源消耗，并提供更加舒适的室内环境。
第三，膜结构屋面具有良好的隔热性能。
膜结构屋面采用多层材料构成，其中包括隔热层，可以有效地隔离室内外的温度差异，减少能量的传递。
这不仅可以提高室内的热舒适性，还可以减少能源消耗，降低建筑的运营成本。
第四，膜结构屋面具有良好的抗腐蚀性和耐久性。
膜结构屋面采用耐候性材料，能够抵抗紫外线、酸雨等恶劣环境的侵蚀，具有较长的使用寿命。
此外，膜结构屋面还具有自洁功能，能够自行清洁附着在表面的灰尘和污垢，保持表面的清洁和美观。
第五，膜结构屋面具有灵活性和可塑性。
膜结构屋面可以根据建筑设计的需要进行各种形状的构造，如曲线、折线等，满足不同建筑风格的要求。
同时，膜结构屋面还可以在不同的地理环境和气候条件下进行安装和维护，具有较强的适应性。
第六，膜结构屋面具有环保性。
膜结构屋面采用可回收材料制造，不会产生二次污染。
在生产过程中，膜结构屋面所需的能源消耗也较低，能够减少能源的浪费和碳排放。
此外，膜结构屋面还具有良好的可持续性，可以进行拆卸和重装，方便维护和更新。
膜结构屋面项目具有轻质高强、良好的透光性、隔热性能、抗腐蚀性和耐久性、灵活性和可塑性以及环保性等特点。
膜结构屋面在现代建筑中得到广泛应用，为建筑带来了新的设计理念和施工方式，为人们提供了更加舒适、环保和美观的建筑环境。
膜结构的三种分类
膜结构的三种分类膜结构是一种特殊的结构形式，主要由柔性薄膜材料构成，通过张力与预应力相互作用形成稳定的结构体系。
膜结构的主要特点是轻质、高强度、透光、透气和可变形。
根据膜材料的形态和组织结构，以及构件连接方式的不同，膜结构可以分为以下三种分类。
1.波纹膜结构波纹膜结构是由一系列波状膜片构成的，在三维空间中形成规则的波纹表面。
波纹膜结构的特点是膜片之间有成对的连接点，通过连接件将膜片固定在一起。
波纹膜结构通常采用双曲面或抛物面等几何形状，可以轻松地形成空间覆盖，提供大面积遮阳和防雨功能。
波纹膜结构广泛应用于体育场馆、展览馆、室外广场等场所。
2.张拉膜结构张拉膜结构是由一片片平面薄膜经拉力固定在支撑框架上形成的结构体系。
张拉膜结构多采用自重和预拉力双重受力的方式，以保持膜片的稳定性和平整性。
张拉膜结构能够提供大跨度的遮阳和防雨功能，同时具有高强度、轻量化、透光性好等优点。
张拉膜结构常应用于体育馆、会展中心、车站等场所。
3.气囊膜结构气囊膜结构是由充气膜片组成的，通过外部气源提供气体，使薄膜膨胀并构成稳定的结构形式。
气囊膜结构可以根据需要调整气囊的形状和体积，实现不同的遮阳和灯光效果。
气囊膜结构具有轻质、耐候性好、构造简单等特点，适用于建筑物立面、景观装饰等领域。
同时，气囊膜结构也可作为临时性活动场所的遮阳设施，例如展览帐篷、活动帐篷等。
总之，膜结构根据薄膜材料的形态和组织结构、构件连接方式的差异，可以分为波纹膜结构、张拉膜结构和气囊膜结构。
这些不同类型的膜结构各有优劣，可以根据具体的使用需求和设计要求进行选择。
膜结构的应用广泛，它不仅仅是建筑领域的一种结构形式，还涵盖了众多领域，如体育、文化、展览、商业、旅游等，为城市的发展和建设提供了新的可能性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
13.1.2 膜的支撑结构
• 2. 膜结构构件 • 1) 支承杆件 • 2) 连接钢索 • 3) 膜结构索头
13.1.2 膜的支撑结构
钢丝索
13.2 膜结构构造
• 13.2.1 连接构造 • 1. 膜的连接
13.1) 螺杆丝杠
(a) 开口叉耳
(c) 闭口眼
• 1. 膜结构体系 • 1) 张拉膜 • 2) 骨架膜 • 3) 充气膜
1） 张拉膜
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. 近年来，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，所以张拉式膜结构价格略高于骨架式膜结构。
13.1.2 膜的支撑结构
分离式膜套构造
13.2.1 连接构造
• 2. 膜柔性边界构造 • 2) U形件夹板连接
(a) (b)
13.2.1 连接构造
• 2. 膜柔性边界构造 • 3) 典型束带构造
13.2.1 连接构造
• 2. 膜柔性边界构造 • 4) 排水构造
13.2.1 连接构造
• 3. 膜刚性边界构造 • 1) 钢筋混凝土边界
13.2.1 连接构造
• 3. 膜刚性边界构造 • 2) 钢构边界连接构造
13.2.2 膜角隅连接构造
• 1. 柔性膜角点
扇 形 板 连 接
13.2.2 膜角隅连接构造
• 1. 柔性膜角点
点叉 板口 螺形 栓索 连头 接与
节
13.2.2 膜角隅连接构造
• 1. 柔性膜角点
可调整的扇形板连接
13.2.2 膜角隅连接构造
13 膜结构建筑构造
膜结构是一种全新的建筑结构形 式，它集建筑学、结构力学、精细化 工与材料力学、计算机技术等为一体， 具有很高的技术含量。
主要有以下特点：
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
熊本市公园穹顶，日本
13.1 膜结构屋顶的构造组成
• 模结构建筑组成主要包括：造型膜、支撑结 构和钢索等
压接索头基本形式
13.1.2 膜的支撑结构
13.1.2 膜的支撑结构
• 2. 膜结构构件
压接索头四种典型索体
13.1.2 膜的支撑结构
• 2. 膜结构构件
钢棒拉杆节点与形式
13.1.2 膜的支撑结构
• 2. 膜结构构件
13.2.1 连接构造
• 2. 膜柔性边界构造 • 1) 膜套连接
整体式膜套构造
• 1. 柔性膜角点
承扇 桅形 杆板 连与 接支
13.2.2 膜角隅连接构造
• 2. 刚性膜角点
13.2.3 膜脊谷连接构造
• 1. 柔性连接构造
13.2.3 膜脊谷连接构造
• 2. 刚性连接构造
13.2.4 膜顶连接构造
• 1. 高点膜顶连接构造
13.2.4 膜顶连接构造
• 2. 低点膜顶连接构造
2）骨架膜
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。
3）充气膜
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，其膜结构造价也同于张 拉式膜结构与骨架式膜结构。
13.1.1 造型膜
• 1. 膜结构材料
13.1.1 造型膜
• 2. 膜结构性能 • 1) 力学性能 • 2) 光学性能 • 3) 声学性能 • 4) 防火性能 • 5) 保温性能 • 6) 自洁性能
13.1.1 造型膜
• 3. 膜结构屋顶造型
13.1.1 造型膜
• 3. 膜结构屋顶造型
13.1.2 膜的支撑结构