【作者簡介】趙大鵬（１９８１－），男，碩士，助理工程師。聯絡位址：上海市南丹路１０６號３摟（２０００３０）。
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建築施工第３０卷第２期
ｖｏ１．３０
ｎｏ．２
圖１多譜勒雷達穹頂
１９６７年第一屆國際充氣結構會議在德國的斯圖加特召開，這無疑給充氣膜結構的發展注入了興奮劑。隨後各式各樣的充氣膜結構如雨後春筍般的出現。
１９７０年日本大阪萬國博覽會上，把膜結構系統地推向世界，開始了剛性結構向柔性結構的轉變，成為膜結構發展史上的里程碑。由於日本是個多震的國家，且博覽會會址多位於軟土地基，因此展館宜採用自重輕、抗震效能好，施工速度快且形態各異的膜結構作為臨時展館，如巨大而扁平的美國館，彩虹狀的富士館，蘑菇形的休息大廳等。由建築師與工程師設計的美國館圖２），其平面是乙個１３９ｍ×７８ｍ的橢圓形充氣膜結構，膜材為聚氯乙烯（ｐｖｃ）塗層的玻璃纖維織物，無柱大廳的屋面由３２根沿對角線交叉布置的鋼索和膜布所覆蓋。
它是世界上第乙個大跨度低輪廓（小矢高）的氣承式膜結構。
圖２美國館
另乙個有代表性的建築是由川口衛設計的富士館（圖３），採用的是香腸充氣型氣肋式膜結構，該館平面為圓形，φ５０ｍ，由１６根φ４ｍ，長７８ｍ的拱形氣肋圍成，氣肋間每隔４ｍ用寬５００ｍｍ的水平繫帶把他們環箍在一起。中間氣肋呈半圓拱形，端部氣肋向圓形平面外突出，最高點向外突出７ｍ。它也是迄今為止建成的最大的氣肋式充氣膜結構。
氣肋式充氣膜結構在建築中的應用就日本＂富士館＂建成之後很少出現，目前國內充氣肋主要應用於大型充氣帳篷，作為其支撐結構。與傳統形式的支撐結構相比，充氣肋在
圖３日本富士館
以下幾方面具有不可比擬的優勢［７］：
（１）質量輕。用於製造充氣展開結構的材料一般為各種薄膜材料，其厚度僅為０．５ｍｍ左右，這使充氣展開結構的質量大大輕於各種傳統的合金製造的支撐結構。
（２）占用有效體積小。未充氣狀態的充氣肋柔軟易摺疊，可以緊密的包裝儲存，占用的體積僅為薄膜材料本身的體積。
（３）費用低。充氣肋的原材料所需要的研製費用少，結構的製造、加工和生產工藝相對簡單，所需費用低。對於將來大型乃至超大型結構的建造來說，這種優勢會更加明顯。
（４）適應性較好。充氣展開結構具有理想的熱效能，從而保證了結構在各種惡劣的生存環境中的可靠性。
當前充氣帳篷大體分三種型別［８］：氣肋支承型，這是一種基本的型別，可有低壓高壓對高壓氣肋體系，高比強度材料（面密度小於３００ｇ／ｍ２、強度＞８０ｋｎ／ｍ）需要重點考慮，而低壓氣肋體系的氣肋間距等布局需要深入研究；氣肋網格型，氣肋構成網格體系實現大型充氣帳篷的形態、體系；氣墊帷幕體系，連續雙層氣囊構成整體體系。後兩種體系在國外目前都有實現較大跨度（２５ｍ以上）的案例，但具體實現方法、材料、技術指標等還需要深入調查和研究。
氣囊膜在建築上的應用，就日本大阪ｅｘｐｏ＇７０出現的富士館及其他一些景觀氣囊膜，但之後很長時間並無多少大型經典氣囊膜建成。在２０００年以前，單純氣囊膜在大跨建築體系較少應用，其主要應用於飛艇技術［９］。近年來，由於建築技術的日益進步，氣囊膜又被建築師和工程師重新審視並加以應用，尤其是在大跨結構中。
ｅｘｐｏ＇９２巴塞隆納建成德國展館氣囊膜建築，平面呈橢圓形，面積４２７５ｍ２，單桅杆懸吊，下拉穩定索，採用聚酯纖維基布ａｃｒｙｌｉｃ塗層膜材瑞士在蘇黎世ｎｅｕｃｈａｔｅｌ建造了名為藝術沙灘的展館（圖４），３個一致的氣囊膜，直徑約１００ｍ圓形蝶狀，是迄今最大的一組氣囊膜建築。另外瑞士自行車競技場圖５），屋面為橢圓形氣囊膜，平面為整體形似自行車轂轆［１０］。氣囊式與氣承式相比優越性是室內為常壓氣體環境，
避免了超壓所引１３６
起的不舒適感。在氣承式膜淡出視野之際，氣囊膜似乎將迎來新的發展。
圖４藝術沙灘展館
圖５自行車競技場
３膜材的發展概況與分類
膜結構的發展離不開新型膜材的出現，新型膜材的研製又極大推動了膜結構的進一步發展。膜材主要是伴隨著現代精細化工科技的進步而不斷得到發展。早期的膜材以聚氟乙烯為表面塗層、聚酯纖維為基布的膜材為主，現在被稱為ｃ類膜其建築與結構受力效能都不理想。
上世紀６０年代，玻璃纖維織物膜技術得到了很大的發展，並得到了廣泛的應用，但表面塗層仍為聚乙烯基類，現稱為ｂ類膜。同期，ｃ類膜材製造技術不斷進步，結構與建築特性逐漸改善。７０年代初，由美國杜邦公司研製成功具有優異建築效能的聚四氟乙烯（化學名ｐｔｆｅ，商品名ｔｅｆｌｏｎ）表面塗層材料，同時玻璃纖維織物膜技術日趨成熟，使得以玻璃纖維為基布ｐｔｆｅ為塗層的現代織物膜材問世，現稱為ａ類膜，其高強度、良好的自潔性等優異的效能得到工程上的的廣泛應用［５］。
建築膜材按有無纖維可以分為織物纖維膜材和非織物纖維膜材（即熱塑性化合物薄膜）［１，２，３］。
３．１織物纖維膜材
建築織物纖維膜材目前應用較廣，是一種具有高強度、柔韌性好的複合材料。該材料主要採用玻璃纖維、聚酯纖維等基材與塗層材料復合而成。
基層材料的品種較多，碳纖維、ｋｅｖｌａｒ（芳綸）纖維、聚酯纖維、玻璃纖維等根據建築結構使用強度的要求，建築膜材一般選用聚酯纖維和玻璃纖維。
碳纖維是由有機母體纖維（例如粘膠絲、聚丙烯腈或瀝青）採用高溫分解法，在高溫的惰性氣體下製成的，呈黑色，堅硬，具有強度高、重量輕等特點，主要應用於航空航天結構、電子等高科技領域。
ｋｅｖｌａｒ纖維是２０世紀６０年代發展起來的一種增強纖維，其分子結構具有很高的伸直平行度和取向度，這決定著它具有較高的強度和模量，並具有良好的熱穩定性，同時還具有較好的耐腐蝕性和防潮性。由於這些特性，高功能ｋｅｖｌａｒ纖維及其增強複合材料已廣泛應用於航天、航海、通訊、體育、防護服、軟管等各個領域［１６］。
聚酯纖維的抗拉強度高，彈性好，在拉伸屈服前有較大的伸長變形能力。但在拉力和紫外線的長期作用下會有較大的徐變，容易造成膜面褶皺，進而使灰塵、異物在褶皺處聚集，影響感觀效果與透光率。
玻璃纖維彈性模量和強度都較高，徐變小，不易老化，彈性變形小，屬脆性破壞材料；其力學效能受濕、熱環境影響較大，但是這種影響由於塗層的覆蓋而減弱。
目前多種樹脂塗層材料可供選用，如聚氯乙烯（ｐｖｃ）、聚四氟乙烯（ｐｔｆｅ，商品名ｔｅｆｌｏｎ）、矽酮、聚氨酯等。其中前三者為建築常用塗層材料。
聚氯乙烯（ｐｖｃ）應用較早，柔韌性能較好，可捲折，但抗紫外線能力較弱，在長期太陽光照下易發生化學變化，造成灰塵、油漬的附著，且不易清理，結果透光率降低。為克服此缺點在ｐｖｃ塗層外塗敷化學穩定性更好的附加面層如聚二氟乙烯（ｐｖｄｆ）、聚偏氟乙烯（ｐｖｆ）等，以提高膜材的自潔性。
聚四氟乙烯（ｐｔｆｅ）為惰性材料，抗紫外線能力強，透光性和自潔性好，不易老化，壽命長，具有可焊性，是永久建築的良好選材。但其剛度較大，運輸施工中的卷折使其強度降低，變形中易產生微細裂縫，使水分侵蝕基層纖維，降低基層纖維的使用壽命和強度。因此在基層和ｐｔｆｅ面層間加塗矽酮防水層。
矽酮柔韌性、透光性、防水性均好，施工方便，但自潔性比ｐｔｆｅ差，可焊性不良，拼接較困難。如自潔性、可焊性得到改進，矽酮將成為另外一種優良的永久性塗層材料。３．２熱塑性化合物薄膜
新型膜材及其應用技術研究是膜結構發展的基石。氟化物熱塑性薄膜等）及其相應織物膜材問世和應用技術的解決，促進了新的膜結構技術的發展。與織物纖維膜材區別在於由熱塑成形，薄膜張拉各向同性。
其中為乙烯－四氟乙烯共聚物，勻質的ｅｔｆｅ膜材提供了乙個幾乎透明的室內外環境。如果用多層ｅｔｆｅ材料疊合使用，能產生極好的隔熱作用。這類材料也有相當的隔離紫外線能力。
值得一提的是該類膜材對光線有散射能力，即它可以通過調節覆層和材料厚度來調節光強度和紫外線的透過率。它的透光率在
５０％～９６％之間，張拉後的膜面極為光滑且有自潔能力。ｅｔｆｅ膜材不易燃，且在燃燒融化後會自行熄滅，平均使用壽命２０年左右。這種膜結構材料在國外建築上的應用史已有２０多年，在德國、荷蘭、英國和西班牙等國的體育場館和動、植物園中的應用效果良好［１７，１８］。
圖６國家體育場＂鳥巢＂全景效果圖
圖７＂水立方＂效果圖
在２００３年確定的北京２００８年奧運會主場館－－＂鳥巢＂（圖６）的設計方案和國家游泳中心－－＂水立方＂（圖７）方案也將ｅｔｆｅ膜作為維護材料。二者將會遙相呼應，更好地向人們展示ｅｔｆｅ膜結構材料的無窮魅力，這種新型的膜結構材料也將借奧運東風進軍中國建築市場。
雖然目前有眾多的膜材應用於膜建築，但以玻璃纖維（ｂ、ｄｅ紗）為基布ｐｔｆｅ為塗層的ａ類膜材和以聚酯纖維為基布聚乙烯基類為塗層（ｐｖｃ類，主要為的ｃ類膜材仍然被認為是標準的建築膜材。
４國內膜結構及膜材的發展
同國外相比我國的膜結構發展起步比較晚，存在相當大的差距。８０年代初，我國建成第一座充氣膜結構－－上海工業展覽館，為一圓柱形氣承式膜結構，其膜材的基材為尼龍織物，塗層為聚乙烯類樹脂［１７］。１９９６之前，膜結構在我國幾乎是一片空白。
１９９７年，上海體育場的建成，標誌著現代膜結構在我國進入應用發展階段。該體育場屋蓋呈馬鞍形，屋面層為５７個傘狀拉索結構，上面覆蓋高技術材料膜層，雖然借助了外國的力量，但對我國膜結構的發展產生深遠的影響。２０００年我國第一座自行設計、施工完成的大型膜結構工程青島頤中體育場建成，由６０個錐形膜單元組成，覆蓋面積約３００００ｍ３。
北京２００８奧運會的主體育場＂鳥巢＂和國家游泳中心＂水立方＂的圍護結構都採用氣囊膜結構，將複雜建築網格化，採用小氣囊膜的形式，這將為我國掌握相關的設計和施工技術提供機遇。大跨氣囊膜結構（氣承式膜結構）在國內還沒有先例，國內相關研究人員正對其體系、形態、設計方法、結構特性進行細緻研究，將對其在建築上的應用提供重要的參考價值。
目前影響我國膜結構應用的因素主要有三點［３］：①膜材料，其耐久、耐火、自潔、透光、隔熱等方面效能與國外膜材料相差甚遠，國內絕大多數膜結構採用的日、法、德、韓進口的膜材；②沒有開發出商業性的膜結構分析計算機輔助設計系統，膜結構分析設計的理論還不夠成熟和完善；
③人們的思想觀念守舊，認為建築是百年大計，用輕飄柔軟的膜代替鋼筋混凝土似乎有點不可思議。隨著國內膜結構分析ｃａｄ系統的開發和膜材料的不斷完善，膜生產企業的製造工藝不斷進步，在不久的將來膜結構一定會迅速得到廣泛應用，造福於人民，向世界展示我國經濟建設與科學技術的進步與成就，提高我國建築業的聲譽與威望。
參考文獻
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學與光譜分析
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綜述．鋼結構
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［２２］沈士釗．膜結構－發展迅速的新型空間結構．哈爾濱建築大學
學報［２３］藍天．當代膜結構發展概述．世界建築藍天，劉楓．中國空間結構的２０年．第十屆空間結構學術會議
**集．中國建材工業出版社，２００２．
【作者簡介】邱訓兵（１９７４－），男，碩士，工程師，公司副總工程
師。聯絡位址：江蘇南京下關區燕江路
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建築施工
第３０卷第２期
ｖｏ１．３０
ｎｏ．２
膜結構,膜材種類
開放分類 景觀材料 新材料新技術 相關詞條 張拉膜結構索膜結構膜結構建築 膜結構 十年品質 金盛膜結構 膜材種類 目前建築膜材廣泛認可的標準是日本jisa 93所規定的a b c三類，是根據其防火效能的優劣來劃分的。a類最好，以玻璃纖維織物為基材塗ptfe而成 b類次之，以玻璃纖維織物為基材塗pvc...
鋼結構儲煤棚與充氣膜結構比較
一 結構安全的差異 充氣膜結構是通過機械系統 8颱風機 向室內空間連續不間斷充氣，氣體在密閉的空間中逐漸加壓而最終使室內外保持一定的壓力差，膜體受到上浮力，產生的預張力以托起大空間。單純的充氣膜抵抗風雪荷載的可靠性差，應對極端大風 大雪存在隱患，硬物一旦刮傷損壞，自然塌落，不適用於大跨度的永久性建築...
膜結構特點及優點
膜結構具有造型自由 輕巧 柔美，充滿力量感，阻燃 製作簡易 安裝快捷 節能 易於 使用安全等優點。隨著2008年奧運會在北京的舉辦，鳥巢 水立方的顯身，目前國內外流行的輕型大跨張拉膜結構體育看台形式將成為大 中 小學校運動場上的一道美麗注目的風景線 公園 廣場 舞台 入口 停車場 加油站 收費站等都...