膜结构是什么构成

2025-06-13 22:35:45 管理员

“膜结构”指的是一种利用高强度柔性薄膜材料(通常为织物或薄膜)在预张力作用下形成稳定空间曲面形状的建筑结构体系。它本质上是一种张力结构,依靠材料本身的抗拉强度和结构形态来承受荷载。

以下是膜结构的关键要素和特点:

核心材料:

膜材: 通常由高强度纤维(如聚酯纤维 PET、玻璃纤维)编织成基布,再涂覆多层功能性涂层(如聚氯乙烯 PVC、聚四氟乙烯 PTFE、乙烯-四氟乙烯共聚物 ETFE)制成。

特性: 轻质、高强、柔韧性好、耐久(耐候、抗紫外线、自洁性 - 尤其PTFEETFE)、阻燃、可加工成复杂曲面。

结构形态与成型原理:

张力成型: 膜结构的基本原理是预应力。膜材本身没有刚度,需要通过施加拉力(预张力)使其绷紧,并依靠支撑结构(桅杆、拱、梁、索网、充气压力等)和边界约束,形成特定的、具有足够刚度的稳定曲面形状(通常是双曲面)。

找形: 设计过程中一个关键步骤是“找形”,即通过计算机模拟确定在给定边界条件和预应力下,膜面能达到的理想平衡形态(通常是最小曲面),这个形态能最有效地将荷载转化为膜面张力。

主要结构类型:

张拉式膜结构 最常见的类型。由桅杆、拱等刚性边界或独立支撑点,以及边缘索、脊索、谷索等钢索系统构成骨架,膜材张拉固定在这些骨架上。形态丰富多变,艺术表现力强。例如:体育场看台顶棚、大型广场遮阳篷。

骨架式膜结构: 膜材覆盖在具有稳定刚度的传统结构(如网架、拱、桁架)之上,膜材主要起围护作用并承受部分荷载。形态受下部骨架限制。例如:某些机场航站楼、展览馆。

充气式膜结构: 分为“气承式”和“气肋式”。

气承式: 靠持续向密闭的室内空间充气(略高于大气压)使膜面鼓起成型并承受荷载。需要持续运行充气设备。例如:大型体育穹顶。

气肋式: 由多个充气拱形管状气囊(气肋)作为结构骨架,上面覆盖膜材。形态较规则。

索穹顶: 一种特殊的张拉整体结构,由连续的拉索和不连续的压杆组成高效的张力网壳,膜材覆盖其上作为屋面。效率极高,可实现超大跨度。

主要特点与优势:

大跨度: 能轻松覆盖传统结构难以企及的巨大无柱空间。

轻巧: 自重极轻(通常只有传统屋面的1/101/30),对基础和下部结构要求低,节省造价。

造型独特、艺术性强: 可创造出流畅多变、极具现代感和视觉冲击力的曲面造型。

施工速度快: 大部分构件可在工厂预制,现场安装便捷。

透光性: 大部分膜材具有良好透光率,可引入自然光,节约照明能耗,营造明亮舒适的内部空间(漫射光,无眩光)。

自洁性: 尤其是PTFEETFE膜材,表面光滑不易粘尘,雨水可冲刷掉大部分污垢,维护成本低。

节能环保: 轻质、透光、可回收利用(部分膜材),符合可持续发展理念。

膜结构主要应用领域:

体育设施: 体育场看台罩棚、体育馆、游泳馆、网球馆、健身中心。

交通设施: 机场航站楼、火车站站台、公交枢纽、收费站、加油站、停车场。

文化娱乐: 剧院、音乐厅、展览馆、博物馆、水族馆、主题公园、舞台。

商业设施: 购物中心中庭、入口雨篷、步行街遮阳篷、酒店景观。

工业设施: 仓储物流中心、污水处理厂加盖、煤场封闭。

景观设施: 遮阳伞、亭子、小品、入口标志。

临时建筑: 临时展馆、救灾帐篷、移动设施。