讓膜結(jié)構(gòu)有“膜”有樣 膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀，最具代表性和前景的建筑形式之一，它打破了純線性建筑風格的格局，以其獨特優(yōu)美的曲線形狀，呈現(xiàn)出柔和的力量美感，同時賦予設(shè)計師更多的想象力和創(chuàng)作空間。 ? 膜結(jié)構(gòu)作為一種空間結(jié)構(gòu)形式，最早可以追溯到遠古，人類用木頭搭建結(jié)構(gòu)骨架，覆蓋上獸皮或草席，用繩子或石塊固定在地面上，建成簡易的房子。 △以獸皮建造的帳篷 ? 近代膜結(jié)構(gòu)，受到馬戲團大型帳篷的啟發(fā)，并隨著新型膜材料和高強鋼索的研發(fā)，以自由、輕巧、柔美，充滿力量感的造型，在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，此外，因為膜結(jié)構(gòu)建造快、方便安裝和拆卸，特別適用于小型、臨時的或使用年限較短的建筑 ? 普遍的膜材料有哪些呢 ? 建筑中最常用的膜材料，主要有PTFE膜、PVC膜和ETFE膜三種。膜材的挑選往往取決于，建筑物的功能、防火要求、設(shè)計壽命和投資額。 ? ? （1）PTFE 在極細的玻璃纖維(3微米)編織成的基材上，涂覆聚四氟乙烯等材料。PTFE在1979年左右出現(xiàn)后，從各方面改善了膜材的特性，使得膜結(jié)構(gòu)從帳篷或臨時性建筑，發(fā)展到永久性建筑 特性： 永久性建筑首選膜材，使用年限在20~30年以上； ·強度高、耐久性和自潔性好，不受紫外光的影響； ·高透光性，透過的自然散漫光不產(chǎn)生陰影和眩光； ·反射率高，熱吸收量少； ·燃燒性能A級。 PTFE膜用于永久性膜，不便重新組裝利用。PTFE膜不燃，可滿足世界各國建筑A級防火需求。新安裝的膜呈麥黃色，日照數(shù)月之后，膜會逐漸漂白。常規(guī)的PTFE膜伸長變形較小，拉伸強度150KN/m，撕裂強度1KN/m，透光率13%，網(wǎng)狀膜可達65%以上，防潮、防霉、耐污，PTFE有微孔隙能透氣。PTFE膜一般加工中易出折痕，且難以消除，不方便包裝及運輸，因此，在膜結(jié)構(gòu)小品中容易出現(xiàn)折痕，適合于大型膜結(jié)構(gòu)建筑工程。 ? （2） PVC 以尼龍織物為基材，涂覆PVC或其他樹脂 特性： ·早期的膜材，使用年限一般為7到15年； ·強度及防火性與PTFE相比具有一定差距； ·自潔性較差，可在PVC涂層上再涂PVDF樹脂； ·涂有Tio2（二氧化鈦）的PVC膜，具有極高自潔性； ·燃燒等級B1 級，不及PTFE膜。 ? 目前國內(nèi)大部分膜結(jié)構(gòu)工程使用的都是聚酯纖維膜材料，即PVC聚酯纖維膜材。聚酯纖維是膜建筑中應(yīng)用最廣泛的纖維，并認為是建筑膜材標準產(chǎn)品。聚酯纖維拉伸強度高，彈性好。在拉伸屈服前，纖維具有較大的伸長變形能力，使得在安裝時可進行一定的調(diào)整。但日照將使聚酯纖維老化，彈性與強度等力學性能下降，所以很多建筑采用PTFE、ETFE等永久性膜材。 ? ? ? （3）?ETFE 乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜，非織物類 特性： ·?耐久性好，15年以上惡劣氣候下力學和光學性能不變； ·耐磨、耐高溫、耐腐蝕，絕緣性； ·?密度小，抗拉強度高，破斷伸長率達300%； ·表層光滑，極佳的自潔性能，污跡可隨雨水沖刷； ·阻燃材料，熔后收縮但無滴落物。 ? ETFE膜材的厚度通常在250μm左右，是一種透明膜材。ETFE是乙烯-四氟乙烯共聚物，既具有類似聚四氟乙烯的優(yōu)良性能，又具有類似聚乙烯的易加工性能，還有耐溶劑和耐輻照的性能。 ? 高效的張拉結(jié)構(gòu) 膜結(jié)構(gòu)是以高強度的柔性薄膜材料，經(jīng)張拉或充氣形成穩(wěn)定的曲面，承受外荷載的結(jié)構(gòu)形式，其造型自由、輕巧、柔美，充滿力量感。 △結(jié)構(gòu)形式譜系簡圖 ? 在上面的結(jié)構(gòu)體系簡圖中，膜結(jié)構(gòu)屬于利用形抗的全軸力張拉結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)效率是非常高的，利用膜材料的高抗拉強度，單獨考慮膜材的跨度與其厚度的比值，可以達到1/10000，是最極致的輕型結(jié)構(gòu)。 △構(gòu)件尺寸與跨度的比值(估算) ? 結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)膜結(jié)構(gòu)的成形方式和受力特色，一般可以分為張拉膜、充氣膜和骨架膜三種，比較形象的比喻是：張拉膜像帳篷、充氣膜像熱氣球，骨架膜像蒙古包。 △幾種張拉膜和充氣膜 ? ? ? ? ?張拉膜 丹佛國際機場航站樓是為數(shù)不多的整體采用膜結(jié)構(gòu)的機場。76米x285米的大空間沿長邊方向劃分為17個單元。 △丹佛國際機場航站樓：鳥瞰 ? 每個單元由間距45.8米的兩根支柱，撐起山峰形的脊索，柱間為起穩(wěn)定作用的谷索，以脊索和谷索為邊界結(jié)構(gòu)，其間的張拉膜材覆蓋建筑大空間。 △丹佛國際機場航站樓：室內(nèi) ? 2010年上海世博會主入口的世博軸，也采用了張拉索膜結(jié)構(gòu)，由德國SBA公司和華東建筑設(shè)計研究院設(shè)計，全長1045米、寬約100米的世博軸由6個喇叭形的陽光谷、13根大型桅桿、數(shù)十根斜拉索和巨大的膜結(jié)構(gòu)組成。 ? ? △上海世博會世博軸，2010年 ? ? ? 充氣膜 利用氣壓使膜產(chǎn)生張力，以此來抵抗外力的結(jié)構(gòu)稱為充氣膜結(jié)構(gòu)。具體又分為氣承式和氣脹管式兩大類。是現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)擺脫馬戲團帳篷形象的一次嘗試。簡單地理解，氣承式是利用膜內(nèi)外氣壓差，使膜產(chǎn)生拉力來平衡外荷載，類似于熱氣球。 △氣承式(熱氣球) / 氣脹管式(充氣棒) ? 氣脹管式的原理是利用充氣，使得管(梁或拱)形成抗彎和軸向剛度，以承擔外荷載，類似于普遍的充氣棒，氣脹管式充氣膜所需要的氣壓比氣承式的更大，結(jié)構(gòu)效率比氣承式低。 △氣承式和氣脹管式受力原理簡圖 ? 充氣膜結(jié)構(gòu)建造方便、快速，最初用于軍用設(shè)施。以1970年大阪世博會為展示契機，膜結(jié)構(gòu)因建造快速簡便，被眾多國家場館所采用。其中最具代表性的美國館和富士館都是充氣膜，美國館的方案是由蓋格爾(D.Geiger)提出的低拱度空氣膜結(jié)構(gòu)屬于氣承式，在長軸142米、短軸83.5米的橢圓形壓環(huán)內(nèi)側(cè)，用索張拉膜材(聚氯乙烯噴涂的玻璃纖維布)。 △大阪世博會上的美國館,1970 ? 美國館穹頂?shù)拇苟确浅５?僅1.6m)，垂度低的充氣穹頂，受到的風荷載分布比較均勻(吸力)，這對保持膜結(jié)構(gòu)形態(tài)和承載力的穩(wěn)定非常有利。與美國館不同，富士館是一種拱形的充氣膜，只對拱形管充氣，建筑物內(nèi)部氣壓與室外氣壓相同，出入口不需要氣門鎖，完全自由，同時結(jié)合橫向索和纜風索，形成整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 △大阪世博會富士館,1970 ? 充氣拱的管狀截面直徑約4m，膜材為噴涂有彈性橡膠的聚乙烯醇纖維布，充氣氣壓比室外大氣壓高800mm水柱，每個單元有16根拱，拱長均為72m，但每根拱的拱高和拱腳跨度不同，最終呈現(xiàn)出獨特的形狀，富士館以前所未有的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和形態(tài)震驚了世界。PTFE這種不可燃、高耐久性膜材的出現(xiàn)，為充氣膜形式的永久建筑提供了技術(shù)上的可行性。 ? 骨架膜 骨架膜是以剛性構(gòu)件作為骨架，以膜材作為覆蓋材料，主要由剛性骨架承受外荷載，由于膜材的透光性和張力感，使得骨架膜結(jié)構(gòu)的大空間，更加明亮、開放、富有力度感 ? △蓬皮杜梅斯藝術(shù)中心, 2010 ? 蓬皮杜梅斯藝術(shù)中心，由坂茂建筑事務(wù)所（Shigeru Ban Architects）設(shè)計，以15m跨度為模數(shù)，3個縱深長達90m的長方體彼此垂直層疊，木結(jié)構(gòu)屋面表層覆蓋PTEE薄膜，呈現(xiàn)出極佳的效果。 ? ? 膜結(jié)構(gòu)工程的保養(yǎng)維護 1、工程維護一般要求 膜結(jié)構(gòu)工程的保護和維護。膜材表層不應(yīng)與刀子、銳器接觸，以免劃破及磨傷膜材表層。一旦發(fā)現(xiàn)膜材被劃破、嚴重磨傷等現(xiàn)象時，應(yīng)及時采取有效措施以免磨傷更加嚴重，同時通知廠家派人修復，鋼構(gòu)件表層不得遭受硬物打擊與劃傷，不得接觸各種酸性、堿性和有機溶劑。 2、膜材表層需清洗、打掃時： （1）工人不應(yīng)穿硬底鞋直接接觸表層，避免沙土磨傷表層，嚴重磨刮膜表層。 （2）清洗膜表層時，應(yīng)用清水或中性清洗劑，不宜用如：汽油、酒精、氯水等酸性或堿性材料液劑清洗。 （3）膜表層不宜長時間堆放異物如：鐵件、化學物品或其它帶顏色的材料等。 3、對結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)、鋼索、夾板及螺栓等部件在未經(jīng)廠家認可的情況下不得任意調(diào)整、拆卸。 4、未經(jīng)許可不許在膜材上隨意牽拉、懸掛重物及物品。 5、用戶應(yīng)定期（半年至一年）對鋼結(jié)構(gòu)安全進行防銹及維護，確保結(jié)構(gòu)安全，避免銹水滴落膜材表層。 ? 以膜構(gòu)成的空間有著無盡的可能和魅力，需綜合考慮功能與形態(tài)、造型與力、材料、系統(tǒng)、節(jié)點、織物裁剪、施工方法等，你會發(fā)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計其實是一種妙趣橫生的探索過程。