骨架式膜结构
膜结构介绍
膜结构介绍 一种适合建筑的新材料的出现，必然引建筑结构的革命，如历史上的混凝土和钢材，70年代以来，以欧美为中心发展起来的新型织物膜材，也是如此，用这种优良的织物，辅以柔性或钢性支撑，可绷成一个曲率互反，有一定刚度和张力的结构体系。
这种全新的建筑结构形式，集建筑学、结构力学、材料学与精细化工、计算机技术等为一体，具有以下优秀的特点： 1、造型的艺术性。
它既能充分发挥建筑师的想象力，又能体现结构构件清晰受力之类。
2、良好的自洁性。
膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。
3、施工的快捷性。
膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，现场只进行半成品组装，因此施工简便快捷，施工周期短。
4、较好的经济性。
由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，因而比较节约能源，降低了长期使用费用，同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。
5、 结构自重轻，非常适合于建造大跨度空间结构。
膜结构的分类 膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构（Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜结构（Frame membrane strcture，Cable dome membrane structure）、组合式膜结构（Compound membrane structure）等几大类。
充气式膜结构张拉式膜结构骨架式膜结构组合式膜结构膜 应 用 领 域：★ 体育设施： 体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等。
★ 商业设施： 商场、购物中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等。
★ 文化设施： 展览中心、剧院、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。
★ 交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。
★ 工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。
★ 景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。
膜结构的应用和施工
膜结构的应用和施工本文简要介绍膜材料的主要类型、膜结构设计基本原理、膜结构的施工工艺，并探讨防火设施和膜结构配套使用之间的关系，以达到既能采用新颖建筑材料，又能满足防火工作要求，顺利通过消防验收的双赢目的。
1. 前言史前的人类用帐篷和伞来挡风遮雨，一般采用皮革或自然编织物制造，帐篷是人类历史上最早出现的膜结构建筑，帐篷和伞一样都反映着膜结构最原始的特点——即预加张力的薄层。
“膜”（Membrane）这个词最早源于拉丁文，其含义是“轻且有张力”。
20世纪50年代以来，随着高分子科学的发展，膜材的性能有很大的提高。
带高分子覆盖的织物与塑料在膜结构领域的应用已有30多年的历史。
美国拉文丁大学校园中心于1973年成为世界上首次使用PTFE膜材的膜结构工程。
如今，膜结构在国外早已得到广泛应用；在国内正在被人们逐步接受并用于体育场馆、会展场馆等建筑中。
2. 膜材料膜材的选用与膜在建筑结构中的安装的位置和所起作用有关。
现代膜结构使用的工程膜材主要有两种类型：一是以聚脂纤维织物结构为基材，五层复合聚氯乙烯树脂类材料制成的工程膜材（PVC）；二是以玻璃纤维为基材，面层复合四氟聚脂类材料而成的永久性建筑膜材（PTFE）。
2.1 几种常见的膜材。
(1) PVC复合材料织物这种膜可抵抗恶劣气候，并有紫外线隔离能力。
用这种膜材制成的膜结构容易安装，且表面光滑又容易清洁。
PVC类膜在防火类别是阻燃的，其透光率一般可达20%，平均使用寿命大约5--20年。
(2) PTFE覆层式玻璃纤维织物这种属于较高级的膜材，用于永久性的建筑结构中。
该膜材张力极高，可抵抗紫外线，防火类别为阻燃，光滑的表面有着较高的反射率和自洁率，由于受到膜材厚度的限制，其透光率一般在12%左右。
平均使用寿命大于30年。
(3) PVC类织物匀质的PVC类织物可用于半透明或透明的内结构。
该膜材有较强的散射能力，适用于背光的天花板以及投影屏幕，其透光率与PVC本身的性质有关：半透明的PVC，透光率为70%；透明的的PVC，透光率可达96%。
大跨空间结构—索膜结构详解
大跨空间结构—索膜结构详解索膜结构作为新的建筑形式于本世纪五十年代在国际上开始出现，至今已有六十多年的历史，特别是到了七十年代以后，膜结构的应用得到了迅速发展。
膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择。
膜结构一改传统建筑材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十分之一。
而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度，无支撑，建筑上实现时所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡的可视空间。
索膜结构是目前发展很快的一种新型空间结构，是一种效率极高的张力集成体系，可以充分发挥钢索的强度与张拉整体结构的空间作用。
张拉膜结构是索膜结构中最常见的一种形式，是索膜建筑的代表和精华，它通过钢索与膜材共同受力形式稳定曲面来覆盖建筑空间，具有高度的形体可塑性和结构灵活性，即通过对膜材内部施加一定的预张力，使其具备了抵抗外荷载能力，从而充当结构材料的一种结构体系。
这种形式能够充分利用膜材的受力性能，形成轻巧、美观、具有现代感的空间大跨曲面结构，并且施工简单、快捷、成本低，在国内外已经被广泛应用于商业建筑、体育建筑、工业建筑、户外设施、文化娱乐建筑等各种领域。
一、索膜结构的组成及材料特性1. 索膜结构的组成一个完整的索膜结构一般由三部分组成1)形成曲面结构的张拉膜材；2)用于加强膜面的脊索和谷索,以及将膜内力传向支承结构的边索；3)求索膜体系的支架结构。
张拉膜材即作为结构材料,要能够抵抗一定的荷载而不致引起过大变形。
同时为完成作为覆盖材料所规定的建筑功能，例如美观、遮光、防火、耐久等等，还需满足各种性能要求。
所以，选用合适的膜材对于索膜结构的设计建造非常重要。
加强索除其对于膜面受力方面的加强作用外，更重要的是起到了改变建筑造型的作用。
尤其是谷索和脊索的灵活设置会给整个建筑带来奇妙的视觉效果。
支架结构最常采用的是钢结构，也可采用混凝土结构，甚至在某些情况下可以采用木结构或其他结构。
支架结构除满足将索膜体系的内力传递到基础这一结构要求以外，其形式可以采取变化多样的形式，以实现不同的建筑造型效果。
膜结构在大跨度建筑上的运用
骨架式膜结构是采用刚才做成屋顶的骨架，在骨架的上方张拉膜材料的一种形式，能够使用在各种规模的建筑当中，但其造型较单一，需要靠外部施加的张力使其保持一定的形状，但是由于其成本较低，经济效益吸引广大建筑商，骨架式膜结构依然被广泛地使用。
四、结语
经过长年的开发和研究，膜结构已经得到进一步的发展，成为一种有活力的建筑结构，它的广泛应用体现了膜结构在大跨度建筑中的应用前景，国内外专家学者应该进一步发挥其优势，在更广泛的领域中加以运用。
膜结构的材质自身的受弯刚度接近于零，但是如果使用各种不相同的支撑结构来承受膜结构表面的张力，就能形成具有一定刚度的表面。这也是膜结构能够与建筑风格和布局相适应的一个原因，完美体现力在膜结构状态之上，使得膜结构能够有机运用于大跨度建筑结构的设计当中。
（二）膜结构能很好地满足建筑功能的需求
因为膜结构使用的材质大多是半透明的，这些材质的透光率在通常情况下为百分之四到百分之十六，可以满足大跨度建筑在一般情况的采光要求，在白天可以做到不用人工照明，这样既大大降低了能源电力成本，而且给人以自然开阔的体现。此外，因为膜结构使用的材料一部分具有反射性，因此在热带地区，膜结构能够反射大量的太阳热能，降低温度。而在寒带，在大跨度建筑上可以使用双层的膜结构，并且向双层膜之中充入热空气，或填充性能优良的透光隔热材料，可以达到良好的保温和隔热的效果。综上所述，膜结构能够使得大跨度建筑物在透光的情况下，不受温度、天气的影响，加之膜结构使用的材质的不易燃性、抗水性能良好，大大增加了建筑物的防灾性能。
经过二十世纪九十年代的发展，膜结构成为了一项可以代表目前建筑先进技术和材料行业发展程度的结构体系。在原始人时期，原始人就开始使用动物毛皮做成帐篷，这就是最初的膜结构。上世纪开始，建筑师利用此方法原理，建造了宇宙飞船、雷达天线罩等，使一些科学发明能够运用膜结构。同时，一些临时建筑也运用了膜结构，如马戏棚、仓库、帐篷等等。但直到一九七零年，在日本举行的世博会中所使用的建筑运用的空气膜结构，代表着膜结构进入一个新的时代，至此之后全世界各个地区开始了对膜结构的研究以及运用。二十世纪七十年代，美国的几家公司联合设计研发了玻璃纤维和聚四氟乙烯为材料的新型膜结构材料，标志着膜结构可ห้องสมุดไป่ตู้被运用于永久建筑中。
膜结构设计规范
膜结构设计规范膜结构之类别膜结构之造型类别可分为以下四类：1．骨架式膜结构：此类膜结构是固定在精致钢材、空间桁架或其他坚固的构架上，称之为骨架式膜结构。
2．张力式膜结构：仅利用简单的支撑系统及膜素材自身的张力特性，构成此类膜结构。
3．气充式膜结构：充气在由膜结构所构成之封闭区间内，随着气压升高所产生之力量，可使膜结构支撑在所须之位置，并提供膜结构所须之张力及对抗载重和外力。
4．开启式膜结构：在张力式膜结构和气充式膜结构中，被允许局部或全部是可开启的，此类为可开启式膜结构。
材质1．膜素材材质可分为三大类：（1）类型A：此材质是指以玻璃纤维为其素材，而表面处理为PTFE，且其品质之要求如下：a．玻璃纤维之单位重量应大于150g/m2。
b．表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c．膜素材之厚度应高于0.5mm。
（2）类型B：此材质是指以玻璃纤维为其素材，而表面处理为PVC，且其品质之要求如下：a．玻璃纤维之单位重量应大于150g/m2。
b．表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c．膜素材之厚度应高于0.5mm。
d．膜素材应提供防火之处理。
（3）类型C：此材质是指以聚脂树脂、人造纤维…等或其他类似之材质为其素材，而表面处理为PVC或其他类似之原料，且其品质之要求如下：a．玻璃纤维单位重量应大于100g/m2。
b．表面处理的材质单位重量应介于400g/ m2与1100 g/ m2之间。
c．膜素材之厚度应高于0.5mm。
d．膜素材应通过JISA 1322之自然试验第二级。
2．膜素材之张力应满足下列六项条件：（1）其张力应大于20kg/cm，在经向（warp）和纬向（weft）的张力差应低于20％。
（2）张力强度之测试应遵照JISL1096的标准，且特别著重于长条测试，且膜测试之样本应超过5件，取其张力测试之平均值。
（3）在张力测试时，其伸长量（破坏实验）应低于35％。
膜结构的结构分类
从结构上分可分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式
1、骨架式膜结构（Frame Supported Structure）
以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规
模的空间。
2、张拉式膜结构（Tension Suspension Structure）
以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。
除了可实践
具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。
大型跨距空间也多采
用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。
因施工精度要求]高，结构性能强，且
具丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。
3、充气式膜结构（Pneumatic Structure）
充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，
使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。
现今，城市中已越来越多地可以见到膜结构的身影。
膜结构已经被应用到各类建筑结构中，
在我们的城市中充当着不可或缺的角色。
建筑结构选型
建筑结构选型------课程报告一． 膜结构1. 结构形式：骨架支撑式膜结构 整体张拉式膜结构2. 调研实例：南京工业大学音乐台 体育场看台南京工业大学音乐台，主要的功能在于平时举办一些露天的聚会，平时主要作为一个景观节点。
所以选用了摸结构，使得在造型上可以轻盈多变。
体育场看台，主要给观看比赛的人一个休息的场所，需要有通透的视线，而膜结构刚好具有这一方面的有点。
3. 结构分析：膜结构一改传统建筑材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十分之一。
而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度建筑上实现时所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡的可视空间。
膜结构分为四大类：空气支撑式膜结构，骨架支撑式膜结构 ，整体张拉式膜结构，索系支撑式膜结构。
这里主要选用的是骨架支撑式膜结构和整体张拉式膜结构。
膜结构的造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，同时具有阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，使得被广泛应用。
4. 主要应用范围：场馆看台及娱乐空间，标志性小品，建筑入口及膜建筑屋顶，停车场收费站等。
5. 调研照片二．平板网架结构1. 调研实例：南京工业大学体育馆南京工业大学体育馆，体型巨大，里面包含了篮球场，乒乓球室，排球场，游泳馆的多种功能，造型优美，平面布局灵活多变。
2. 结构分析：空间网架结构是由多根杆件根据建筑体型的要求，按照一定规律进行布置，通过节点连接起来的三维空间铰接杆系结构。
网架结构按外形分两种：平板网架和曲面网架网架结构按结构分三种：双层网架，三层网架，组合网架网架结构按跨度分三种：小跨度，中跨度，大跨度3. 平板网架结构的优点：整体刚度大、稳定性好，具有良好的抗震性能；无水平推力或拉力的空间结构，便于下部承重结构的布置；应用范围广泛，平面布置灵活制作安装容易实现工厂化、标准化，占用空间小，使用方便，经济合理；4. 主要应用范围：体育建筑，大型公共建筑，单层工业厂房，加油站，收费站等5. 调研照片三．框架结构1.调研实例：南京图书馆南京图书馆占地25200平方米，分为地下2层和地上9层，设计总高度41.1米。
张力结构的型式及发展
张力结构的型式及发展徐宗美，张华，陈礼和南京河海大学土木工程学院 ( 210098)E-mail：xuzongmei_1999@摘 要：张力结构涉及诸如基础理论研究、应用技术、材料科学、建筑设计与施工等内容，它的分析、设计与施工反映了一个国家多种先进的科学技术水平。
由于张力结构充分发挥了材料强度，造型优美且具有很高的结构效率，在大跨度空间结构及中小跨度结构中得到了广泛应用。
随着张力结构的不断发展，目前出现了许多新型结构型式。
本文结合大量科技文献，对张力结构进行了分类并阐述了各型式的机理和特点，对其重点研究领域进行了描述，最后对张力结构的发展前景作了展望。
关键词：张力结构；悬索结构；张力集成体系；膜结构1概述张力结构从满足一定拓扑关系的几何构造和外形中，通过预应力过程获取刚度，从而使结构具有满足功能要求的建筑造型和承载能力。
因此张力结构的分析、设计与施工的过程紧紧围绕结构的拓扑、外形及刚度展开。
在当前的工程中，张力结构一般都不是一种简单的型式，而是多种型式的集成，因此各文献对其分类也不尽相同，本文取长补短，对张力结构作出如下分类：悬索结构，张力集成体系和膜结构。
2张力结构的分类2.1悬索结构悬索结构形式多样，布置灵活，自重轻，施工简单。
它以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。
悬索结构仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯矩和剪力效应，可充分利用钢材的强度[1]。
悬索结构按受力特点，一般可分成单层悬索体系、双层悬索体系、索网结构、张弦梁、组合悬索结构及斜拉结构等类型。
2.1.1单层悬索体系单层悬索体系根据索的布置方式分为平行布置方式、辐射布置方式和网状布置方式。
平行布置方式即单向索系结构，它由许多平行单根拉索组成，拉索之间可以设置横向加劲构件，拉索两端悬挂在稳定的支承结构上，也可设置专门的锚索或端部的水平结构来承受悬索的拉力。
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骨架式膜结构
以钢构构成的屋顶骨架后，在其上方张拉膜材的构造形式。
下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。
张拉式膜结构
以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。
除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。
张拉式膜结构
以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。
除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结构精神的构造形式。
充气式膜结构
充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高。
膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度，柔韧
性好的薄膜材料，是由纤维编织成织物基材，在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成材料，中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维，而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂（PVC），聚四氟乙烯树脂（PTFE）。
织物基材——抗拉强度，抗撕裂强度，耐热性，耐久性，防火性。
涂层材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。
二、建筑物的构造组成
基础
墙或柱
楼地层
六大基本组成
楼梯
屋顶
门窗
特有构配件：阳台、坡道、雨篷、女儿墙、台阶、花池等
基础
是墙和柱子下面的放大部分，它直接与土层相接触，
承受建筑物的全部荷载，并将这些荷载连同本身的重量
一起传给地基。
基础是建筑物的主要承重构件，处在建筑物地面以
下，属于隐蔽工程。
基础质量的好坏，关系着建筑物的
安全问题。
建筑设计中合理地选择基础极为重要。
地基是基础下面的土层，不是房屋建筑的组成部分。
地基承受建筑物
的全部荷载，其中，具有一定的地耐力，直接支承基础，持有一定承
载能力的土层称为持力层；持力层以下的土层称为下卧层。
墙（或柱）
是建筑物的承重构件和围护构件。
作为承重构件的外
墙，其作用是抵御自然界各种因素对室内的侵袭；内墙主要
起分隔空间及保证舒适环境的作用。
框架或排架结构的建筑
物中，柱起承重作用，墙仅起围护作用。
楼板层
楼板是水平方向的承重构件，按房间层高将整幢建筑物沿水平方向
分为若干层；楼板层承受家具、设备和人体荷载以及本身的自重，并将
这些荷载传给墙或柱；同时对墙体起着水平支撑的作用。
因此要求楼板
层应具有足够的抗弯强度。
地坪层
是底层房间与地基土层相接的构件，起承受底层房间荷载的作用。
要求地坪具有耐磨防潮、防水、防尘和保温的性能。
楼梯
是供人们上下楼层和紧急疏散的垂直交通设施。
具有足够
的通行能力，并且防滑、防火，能保证安全使用。
屋顶
是建筑物顶部的围护构件和承重构件。
抵抗风、雨、雪霜、冰雹等的侵袭和太阳辐射热的影响；又承受风雪荷载及施工、检修等屋顶荷载，并将其传给墙或柱。
具有足够的强度、刚度及防水、保温、隔热等性能。
门窗
门主要供人们出入内外交通和分隔房间作用；窗主要起通
风、采光、分隔、眺望等围护作用。
外墙上的门窗又是围护构
件的一部分，要满足热工及防水的要求。
三、建筑模数协调统一标准
为了建筑设计构件生产以及施工等方面的尺寸协调，从而提高建筑工业化的水平，降低造价并提高房
屋设计和建造的质量和速度，建筑设计应采用国家规
定的建筑统一模数制。
建筑模数是选定的标准尺度单位，作为建筑物、
建筑构配件、建筑制品以及有关设备尺寸相互间协调
的基础。
根据我国制订的《建筑模数协调统一标准》，
我国采用如下模数制：
1、基本模数：
数值为100mm，用M表示，即M=100mm。
2、导出模数
（1）扩大模数：
指基本模数的整数倍，扩大模数的基数为3M、6M、12M、15M、
30M、60M共六个，其相应的数值分别为300、600、1200、1500、
3000、6000mm。
主要用于建筑物的开间或柱距、进深或跨度。
（2）分模数：
指整数除基本模数的数值，分模数的基数为M/10、M/5、M/2。
主要用于缝隙、构造节点和构配件截面等处。
4、几种尺寸
标志尺寸：标注建筑物定位轴线间的距离(如开间或柱距、进深或跨
度、层高等）以及建筑构配件、建筑组合件、建筑制品、
有关设备位置界限之间的尺寸。
构造尺寸：建筑构配件、建筑组合件、建筑制品等的设计尺寸，一般
为标志尺寸减去缝隙尺寸。
实际尺寸：建筑构配件、建筑组合件、建筑制品等生产制作后的实有
尺寸。
实际尺寸和构造尺寸的差数应符合建筑公差规定。
定位轴线
是用来确定主要承重构件（墙、柱、梁）位置及尺寸标注的基准。
定位轴线为细点画线。
编号注写在轴线端部的圆内。
轴线编号圆φ8～10，细实线（0.25b），横向或横墙编号为阿拉伯数字，从左到右；竖向或纵墙编号用拉丁字母，自下而上。
注意I、O、Z不得作轴线编号，避免与1、0、2混淆。
四、建筑常用术语
横墙：沿建筑宽度方向的墙。
纵墙：沿建筑长度方向的墙。
进深：纵墙之间的距离，以轴线为基准。
开间：横墙之间的距离，以轴线为基准。
山墙：外横墙。
女儿墙：外墙从屋顶上高出屋面的部分。
层高：相邻两层的地坪高度差。
净高：构件下表面与地坪（楼地板）的高度差。
建筑面积：建筑物外包尺寸的乘积×层数。
使用面积：房间内的净面积。
交通面积：门厅、走道、楼梯间等联系设施所占的面积。
结构面积：墙体、柱子等所占的面积。
绝对标高：青岛市外黄海海平面年平均高度为±0.000标高。
相对标高：建筑物底层室内地坪为±0.000标高。
层高与净高
要点：参考面应一致
净高：室内地面至顶棚下皮的高度
参考面一：楼地面
参考面二：1、楼板底面
2、梁底面
3、吊顶底面
开间与进深
开间——两横向轴线之间的距离进深——两纵向轴线之间的距离。