結構介紹
膜結構又稱為索膜結構、張拉膜、張力膜亦或是空間膜。它是一種建築與結構完美結合的結構體系。它是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成具有一定剛度的穩定曲面，能承受一定外荷載的空間結構形式。其造型自由、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，因而使它在世界各地受到廣泛套用。歷史沿革
膜結構建築作為新的建築形式於本世紀五十年代在國際上開始出現，至今已有四十多年的歷史，特別是到了七十年代以後，膜結構的套用得到了迅速發展。膜結構的出現為建築師們提供了超出傳統建築模式以外的新選擇。優勢特色
膜結構一改傳統建築材料而使用膜材，其重量只是傳統建築的三十分之一。而且膜結構可以從根本上克服傳統結構在大跨度（無支撐）建築上實現時所遇到的困難，可創造巨大的無遮擋的可視空間。其造型自由輕巧、阻燃、製作簡易、安裝快捷、節能、易於、使用安全等優點，因而使它在世界各地受到廣泛套用。另外值得一提的是，在陽光的照射下，由膜覆蓋的建築物內部充滿自然漫射光，無強反差的著光面與陰影的區分，室內的空間視覺環境開闊和諧。夜晚，建築物內的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，建築物的體型顯現出夢幻般的效果。這種結構形式特別適用於大型體育場館、入口廊道、小品、公眾休閒娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域膜材料是指以聚酯纖維基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面塗層，配以優質的PVC組成的具有穩定的形狀, 並可承受一定載荷的建築紡織品。它的壽命因不同的表面塗層而異，一般可達成12—50年
概念設計
一種新的結構形式出現,必然遵循一定的理論規律,也就是首先是概念性的設計,初步的規劃.整體的劃分,形成塊,再具體到細部。一、從結構方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結構3種形式
骨架式膜結構
（Frame Supported Structure）以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架後，在其上方張拉膜材的構造形 式，下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制， 且經濟效益高等特點，廣泛適用於任何大，小規模的空間。
張拉式膜結構
（Tension Suspension Structure）以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創意，創新且美觀的造型外，也是最能展現膜結 構精神的構造形式。 近年來，大型跨距空間也多採用以鋼索與壓縮材構成 鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高，結構性能強，且具豐 富的表現力，所以造價略高於骨架式膜結構。
充氣式膜結構
（Pneumatic Structure）充氣式膜結構是將膜材固定於屋頂結構周邊，利用送風系統讓室內氣 壓上升到一定壓力後，使屋頂內外產生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓 來支撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁，柱支撐，可得更大的空間，施工 快捷，經濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續運行及機器 維護費用的成本上較高。
膜材料用於膜結構建築中的膜材是一種具有強度，柔韌性好的薄膜材料，是由纖維編織成織物基材，在其基材兩面以樹脂為塗層材所加工固定而成的材料，中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維，而作為塗層材使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂（PVC），矽酮（silicon）及聚四氟乙烯樹脂（PTFE），在力學上織物基材及塗層材分別具有影響下列的功能性質。
織物基材——抗拉強度，抗撕裂強度，耐熱性，耐久性，防火性。
塗 層 材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。
膜材選定
膜材的正確選定用於建築膜結構的膜材，依塗層材不同大致可分為PVC膜與PTEF膜，膜材的正確選定應考慮其建築的規模大小、用途、形式，使用年限及預算等綜合因素後決定。PVC
（PVC-Coated Polyester）PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材質柔軟，易施工的優點。但在強度、耐用年限、防火性等性能上較PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纖維織物加上PVC塗層（聚氯乙烯）而成，一般建築用的膜材，是在PVC塗層材的表面處理上，塗以數micron厚的壓克力樹脂（acrylic），以改善防污性。但是，經過數年之後就會變色、污損、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用環境不同在5~8年。為了改善PVC膜材的耐侯性，近年來已研發出以氟素系樹脂於PVC塗層材的表面處理上做塗層，以改善其耐侯性及防污性的膜材。
PVDF
PVDF是二氟化樹脂（Polyvinylidene Fluoride）的略稱，在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂塗層的材料稱為PVDF膜。PVDF膜與一般的PVC膜比較，耐用年限改善至7~10年左右。PVF
PVF是一氟化樹脂（Polyvinyl Fluoride）的略稱。PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹脂做薄膜狀薄片（laminate）加工，比PVDF膜的耐久性更佳，更具有防沾污的優點。但因為加工性、施工性與防火性都不佳，所以使用用途受到限制。PTFE
（PTFE Coated Fiberglass）PTFE膜是在超細玻璃纖維織物上，塗以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性與防污性高。但PTFE膜與PVC膜比較，材料費與加工費高，且柔軟性低，在施工上為避免玻璃纖維被折斷，須有專用治工具與施工技術。
耐久性：塗層材的PTFE對酸、鹼等化學物質及紫外線非常安定，不易發生變色或破裂。玻璃纖維在經長期使用後，不會引起強 度劣化或張力減低。膜材顏色一般為白色、透光率高，耐久性在25年以上。
防污性：因塗層材為聚四氟乙烯樹脂，表面摩擦係數低，所以不易污染，可藉由雨水洗淨。
防火性：PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗合格的特性，可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。
膜材料品牌
張拉膜結構材料主要是進口的，主要生產國家是德國和日本，國內也有一些。國外品牌： 1. 德國杜肯膜材 2. 日本平岡膜材 3. 法國法拉利膜材 4. 德國海德斯膜材 5. 德國賽德樂膜材 6. 德國米樂膜材 7. 義大利耐馳膜材 8. 美國艾美膜材 9. 比利時希運膜材 國產品牌： 佛山億龍
工程套用
體育設施—體育場館、健身中心等交通設施—機場、火車站、公車站、高速公路收費站、加油站等文化設施—展覽/會議中心、劇場、博物館、動物園、水族館等景觀設施—建築入口、泳池小品、小區長廊、戶外廣場、公園小品、標識性建築等商業設施—購物中心、餐廳、步行街等工業設施—工廠、倉庫、污水處理中心、物流中心、溫室等。張拉膜結構的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結構（桅桿、拱或其他剛性構件）。
膜材一種新興的建築材料，已被公認為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之後的“第六種建築材料”。膜材本身不能受壓也不能抗彎，所以要使膜結構正常工作就必須引入適當的預張力。此外，要保證膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力；而膜結構是通過改變形狀來分散荷載，從而獲得最小內力增長的。當膜結構在平衡位置附近出現變形時，可產生兩種回復力：一個是由幾何變形引起的；另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多，所以要使每一個膜片具有良好的剛度，就應儘量形成負高斯曲面，即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”。“高點”通常是由桅桿來提供的，也許是由於這個原因，有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸掛膜結構（suspension membrane）。
索作為膜材的彈性邊界，將膜材劃分為一系列膜片，從而減小了膜材的自由支承長度，使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻指出，膜材的自由支承長度不宜超過15米，且單片膜的覆蓋面積不宜大於500平米。此外，索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐，從而保證不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌。
設計內容
1，初始態分析：確保生成形狀穩定、應力分布均勻的三維平衡曲面，並能夠抵抗各種可能的荷載工況；這是一個反覆修正的過程。2，荷載態分析：張拉膜結構自身重量很輕，僅為鋼結構的1/5，混凝土結構的1/40；因此膜結構對地震力有良好的適應性，而對風的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由於目前觀測資料尚少，故對膜結構的設計通常採用安全係數法。
3，主要結構構件尺寸的確定，及對支承結構的有限元分析。當支承結構的設計方法與膜結構不同時，應注意不同設計方法間的係數轉換。
4，連線設計：包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。
5，剪裁設計：這一過程應具備必要的試驗數據，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）。
設計問題
1，預張力的大小及張拉方式；2，根據控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式；
3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水（雪）；
4，關鍵節點的設計，以避免應力集中；
5，考慮膜材的運輸和吊裝；
6，耐久性與防火考慮。
在膜結構設計階段所要考慮的要點有：
1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果；
2，細化支承結構，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀；
3，簡化膜與支承結構間的連線節點，降低現場施工量。
結構特性
張拉膜結構作為一種建築體系所具有的特性主要取決於其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由於此，用膜結構可以創造出傳統建築體系無法實現的設計方案。輕質
張力結構自重小的原因在於它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建築結構的小得多，但卻具有良好的穩定性。建築師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件，將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。透光性
透光性是現代膜結構最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建築提供所需的照度，這對於建築節能十分重要。對於一些要求光照多且亮度高的商業建築等尤為重要。通過自然採光與人工採光的綜合利用，膜材透光性可為建築設計提供更大的美學創作空間。夜晚，透光性將膜結構變成了光的雕塑。
通過膜材和透光保溫材料的適當組合，可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個百分點，膜屋面對於人眼來說依然是發亮和透光的，具有輕型屋面的觀感。
柔性
張拉膜結構不是剛性的，其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載，在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小，直至能更有效抵抗該荷載。張拉結構的靈活性使其可以產生很大的位移而不發生永久性變形。膜材的彈性性能和預應力水平決定了膜結構的變形和反應。適應自然的柔性特點可以激發人們的建築設計靈感。
不同的膜材的柔性程式也不相同，有的膜材柔韌性極佳，不會因摺疊而產生脆裂或是破損，這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。
雕塑感
張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通過張力達到自平衡。負高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地雕塑般的質感令人激動飄浮於天地之間。無論室內還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。張拉膜結構可使建築師設計出各種張力自平衡、複雜且生動的空間形式。在一天內隨著光線的變化，雕塑般的膜結構通過光與影而呈現出不同的形態。日出和日落時，低入射角度的光線將突現屋頂的曲率和浮雕效果，太陽位於遠地點時，膜結構的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性，經過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。
安全性
按照現有的各國規範和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩定性。由於輕型結構自重較輕，即使發生意外坍塌，其危險性也較傳統建築結構小。膜結構發生撕裂時，若結構布置能保證桅桿、梁等剛性支承構件不發生坍塌，其危險性會更小。
膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態承載。當然，結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要確何膜面與其輔助結構協調工作，以避免力在膜面或輔助結構上集中而達結構破壞的臨界值。
功能
由於張拉膜結構的自身特性，其可以滿足從簡單遮陽結構到功能複雜的大型建築等許多不同的建築功能要求，並形態極具表現力且對於有些功能要求只有它才是最為適合的。
建築形態
具有特定功能的建築都可通過立意得以表達，張拉膜結構的獨特外形體現了建築自身的自然美感。
這些建築形態本身和與其相協調的傳統建築一起構成了令人興致盎然的地面標誌性建築。優秀的膜結構設計是結構與外形的有機融合，使其顯得了類拔萃，同時與自然環境、歷史及現代的城市景觀有機結合。
輕型結構可以看成是大型的雕塑作品，可為其周邊空間增添活力，成為周圍環境的補充和焦點。
抵禦天氣的影響
膜屋面的一個重要作用就是抵禦各種天氣變化（如日曬、雨淋、風雪等）對其內部空間的影響，保持建築物內部的舒適性。選擇膜面的形態和材料時要考慮到所有可能的天氣狀況，並儘可能利用建築本身等被動方法來減少能量的消耗。
多孔膜材可用作遮蔽結構。它可以控制光的透射和反射，使室內擁有散射光，並且促進自然通風，使屋面溫度與周圍環境的溫度相同，並避免向下的熱輻射。
為了抵擋風雪，膜面的外形應使排水通暢使捷，避免在其上形成水兜或雪的堆積。在施加預應力前的安裝成形階段，張拉膜結構對這些荷載十分敏感。為了能將雨水排除，膜材和接縫須密封防水，膜邊緣也必須進行特殊的細部設計，以防止雨水進入室內。
可移動性和臨時性
與其它結構相比的另一個突出優勢是輕型結構對環境的影響具有可調和性。另外它還有兩個重要的特性，即可移動性和靈活性。結構可以在不同的地點反覆拆建，這就是張拉膜結構的可移動。它將遊牧式與定居式的建築融為一體。膜材輕柔的特點使其方便運輸，且易於迅速搭建，而閒置時占用空間很小。這種特性使膜結構十分適於用作臨時性可移動建，特別是在發生突然災難或遇到緊急情況而需要在短時間內為大量人員提供庇護所的時候。
另一方面，可移動薄膜結構除具有與永久建築相媲美的舒適性外，它還引入了建築行業的一個新概念，即將房屋的所有權與土地的所有權相分離。建築不再是不可移動的，而是可移動的。這種可移動性和可重複使用的特點對加速現代城市的發展和建築功能在某些特殊領域中的轉變具有重要的意義。
