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膜结构的特性及其发展概述

(一)膜结构的特性

一、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。二、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。三、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。四、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。

五、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。

(二)当代膜结构发展概述

一、前言

为了迎接新世纪的来临，人们试图采用各种方式表示庆贺，建造一座建筑物不但以其形体引人注目，而且将作为标志性建筑而长久地存在。在全世界众多的纪念性建筑中，英国所建造的千年穹顶（MillenniumDome）尤为突出。当2000年子夜的钟声敲响

时,在伦敦泰晤士河畔五彩缤纷焰火的照耀下，千年穹顶以它银白色的圆顶迎接新的千禧年。这座直径320m、以12根高山100m的桅杆所支承的圆球形屋顶采用了张力膜结构。正是这座穹顶集中体现了20世纪建筑技术的精华，用它来迎接新世纪，的确是再恰当不过了。虽然人们喜欢从最广泛的意义出发，把铁木构架和帆布建成的大棚,甚至以枝条和兽皮搭成的帐篷都纳入膜结构的范围,但从严格的结构受

力的定义来说,膜结构始于1970年日本大阪博览会上一座气承式膜结构的美国馆当

初这不过是临时性的展览建筑，但30年来膜结构却经历了巨大的变化。

从膜结构的跨度来看，近似椭圆形的美国馆，两个方向的跨度针别为140m和83.5m。以后东京后乐园的气承式膜结构，最大跨度达201m。而美国亚特兰大的佐治亚穹顶，以椭圆形的屋顶覆盖了240mxl92m的索膜结构。从当前的技术和材料条件看，

完全有可能用膜结构来修建1000m的大跨度建筑。从所覆盖的面积来看，1981年沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的伞形悬挂膜结构的占地42万m2，已令人叹为观止。而如今在沙特阿拉伯的米拿，为了庇护来往的朝圣者，正在分三期建设与吉大机场类似的膜结构，总面积在100万m2以上，堪称帐篷之城”。

膜结构作为一种现代化的工程结构，显示了当今建筑技术与科学的发展水平，也具有

巨大的发展潜力，在新的世纪中，膜结构必将在建筑结构中占有重要的地位。

二、不定的形状与形状的确定

膜结构的突出特点之一就是它形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。对于气承式空气膜结构来说，充气之

后的曲面主要是圆球面或圆柱面，可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承

的膜结构，其曲面就可以

随着建筑师的想象力而任意变化。

膜结构形状的千变万化突出地表现在历年各国举行的博览会上。在这些博览会上，大

大小小的展览馆，无不以

新颖奇特的造型来吸引观众，而膜结构就能用来达到这样的目的。例如1985年在日本茨城县举行的国际科学技

术博览会，入口就是以五颜六色的膜材构成的拱形大门。在众多的展览馆中膜结构尤

为夺目，象火鸟馆以钢梁

与索组成的骨架支承扁平的凹凸屋面。美国馆以高耸的桅杆悬挂银白色的屋面。电力馆以中央塔架悬吊25个尖

顶帐篷，夜晚通过灯光的反射宛如燃烧的火焰。其他象在候车亭、电话亭、走廊、厕

所上也都出现了用膜材构

成形式各异的建筑小品，蔚为大观。

就形状而言，对建筑师说来是至关重要的。采用一般结构的建筑物，其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则

不同，首先它的变形比一般结构要大一些，其次它的形状是在施工过程中逐步形成的，

有一个形状确定的问题，

需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状，即结构体系在膜自重

（有时还有索）与预应力

作用下的平衡位置。在初步设计阶段，先按建筑要求设定大致的几何外形，然后对膜面施加预应力使之承受张

力，其形状也相应改变，经过不断调整预应力，最后就可得到理想的几何外形和应力

分布状态。

悬索结构中的索网与膜结构一样也有形状确定问题，象1968年蒙特利尔博览会的德

国馆和1972年慕尼黑奥运会

主体育场都有特殊的形状需要确定，当时只有借助于缩尺模型来解决。早期的膜结构

也往往采用这个方法，材

料从最简单的肥皂膜，一直到织物或钢丝。由于在小比例模型上测量的误差尚不足以保证曲面几何形的正确性，

故对足尺的建筑外形只能起参考作用。但这还不失为一种有效的手段，