浅谈膜结构发展应用

1、浅谈膜构造的发展及应用膜构造是20世纪中叶发展起来的一种新式大跨度空间构造形式，是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式，它经过施加预应力，使构造拥有必然的刚度以承受各种荷载作用，其设计思路和设计步骤与传统构造对照都有很大的不同样，索膜构造用高强度柔性薄膜资料经受其他资料的拉压作用而形成的牢固曲面，能承受必然外荷载的空间构造形式，其造型自由、轻快、柔美、充满力量感，阻燃、制作简单、安装快捷、节能、易于使用、安全等优点，所以自1970年代以来，膜构造在外国已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。膜材表面采用PVDF（聚偏二氟乙烯）涂层、或二氧化钛涂层，拥有较好的隔热收效

2、，对太阳热能可反射掉70%，膜材自己吸取了17%，传热13%，而透光率却在20%以上，经过1年的太阳光直接照射，其灰度还可以保留70%，膜构造中所使用的膜资料每平方1公斤左右，由于自重轻，加上钢索、钢构造高强度资料的采用，大部分的力以轴力传达使受力体现简洁合理，所以膜构造适合大跨度空间构造系统。膜构造建筑所采用的膜材拥有优异的阻燃性和耐高温性，故能很好的满足防火要求。由于构造自重轻，又为柔性构造且有较大变形能力，故抗震性能好。工期短：膜材裁剪。拼合成型及骨架的钢构造、钢索均在工厂加工制作，现场只需组装，施工简略，故施工周期比传统建筑短。常有的膜构造分类从构造上分可分为：骨架式膜构造，张拉式膜构

3、造，充气式膜构造。1.骨架式膜构造（FrameSupportedStructure）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，下部支撑构造平定性高，因屋顶造型比较单纯，张口部不易受限制，经济效益高等特点，骨架式膜构造中的膜面不过起到对框架构造的保护作用，框架构造可以是传统的刚性构造，也可以是各种索构造，所以广泛适用于任何大，小规模的空间。2.张拉式膜构造（TensionSuspensionStructure）张拉膜构造是经过界线条件给膜材施加必然预张应力，膜既是建筑的围护体又作为构造以抵抗外面荷载的作用，因此在必然的初始条件下，其形状的确定、在外荷载作用下膜中应力分布与变形以

4、及怎样用二维的膜资料来模拟三维空间等一系列复杂问题，都经过计算确定，张拉膜构造的发展离不开计算机的进步和新算法的提出。但张拉膜构造因施工精度要求高，构造性能强，且拥有丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜构造。3.充气式膜构造（PneumaticStructure）充气式膜构造是将膜材固定于屋顶构造周边，依靠曲面内外气压差来保持膜曲面的形状，利用送风系统让室内气压上升到必然压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，充气式膜构造是在膜构造构成的室内冲入空气，保持室内的空气压力向来大于室外的空气压力，由此使膜资料处于张力状态来抵抗荷载及外力的构造形式，及钢索作为辅助材，无需任何梁，

5、柱支撑，可得更大的空间，气膜构造分为单层构造和双层构造，单层构造仿佛肥皂泡，单层膜的内压大于外压。此构造拥有大空间、重量轻、建筑简单特点，但需要不断输入超压气体及需平常保护管理。双层构造是双层膜之间充入气体，和单层对照可以充入高压空气，形成拥有必然刚性的构造，而且进出口可以敞开，施工快捷，经济效益高，但需保持进行24小时送风机运转，在连续运转及机器保护花销的成本上较高。膜构造应用资料目前膜资料建筑中最常用的资料主要有聚四氟乙烯PTFE）膜材、聚氯乙烯（PVC）膜材和加面层的PVC膜材：PVDF膜材和PVF膜材。PTFE类膜资料商品名叫特氟隆（Teflon），是在玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂（

6、简写PTFE），树脂含量大于90%，PTFE膜的特点是长久性、防火性?c防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较，资料费与加工费高，且娇嫩性低，在施工上为防备玻璃纤维被折断，必定有专用的工具与施工技术。PVC类膜资料的布基织物为聚酯或聚氨酯等，涂层为PVC树脂，或氯丁橡胶类物质，一般另加有聚氟乙烯（PVF）或聚偏氟乙烯（PVDF）类面层。PVC膜材在资料及加工上都比PTFE膜低价，且拥有材质娇嫩、易施工的优点，但在强度、耐用性、防火性等性能上较PTFE膜差。为了改进PVC膜材的耐火性及防污性，近来几年来已研发出以氟素系树脂于PVC涂层材的表面办理上做涂层。为认识决PVC膜材的自洁性，在PVC涂层上

7、再涂上PVDF膜资料。PVDF是聚偏氟乙烯的简称，可以抵抗由紫外线引起的降解，颜色变化，失去光彩，抵抗腐化，抵抗脏污，抵抗发霉。PVDF膜与一般的PVC膜比较，耐用年限可达710年左右，耐火性基本上达到了难燃级水平。PVF膜材是在PVC膜的表面办理上以PVF树脂做薄膜状薄片加工，比PVDF膜的长久性更佳，且拥有防油污的优点。但因加工性、施工性与防火性不好，使用碰到必然的限制。膜构造的工程实例及应用2008年竣工的北京奥运会场馆“鸟巢”和“水立方”膜构造采用ETFE膜材，是目前国内最大的ETFE膜材构造建筑，“鸟巢”采用双层膜构造，外层用ETFE防雨雪防紫外线，内层用PTFE达到保温、防结露、隔

8、音和光效的目的。“水立方”采用双层ETFE充气膜构造，共1437块气枕，气枕可以经过控制充襟怀的多少，对遮光度和透光性进行调治，有效地利用自然光，节约能源，而且拥有优异的保温隔热和除掉回声。随着国内一些大型体育馆、候机大厅等建设以及2010年上海世博会和广州亚运会等国际嘉会的举办，为中国膜构造的发展带来了时机和挑战。特别在膜材方面，中国起步晚，技术水平低，大部分膜材还主要依靠进口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市场的主流，应用比较广泛。中国已有PTFE膜材的自主知识产权，性能也基本达到外国同类产品的要求。由于膜构造奇特雅观的造型和多变的色彩，还可用于标志性建筑，比方城市与地方的表记等。可是，目前膜构造在我国尚处于小范围试验阶段，但随着我国经济实力的增强，新工艺、新资料