膜结构在大跨度结构中的应用

　摘要：膜结构是高强质轻的薄膜材料与先进的结构计算方法完美结合的产物。它由

50 年

代产生经过

50 多年发展到今天，其形式也由充气到张拉向索穹顶及张拉整体体系发展。 

　前言：由于使用功能的需要

,大跨度结构越来越被建筑和结构工程师所注重。当跨度增大

到一定时就必须用空间结构进行分析。从国内外的工程实践来看

,大跨度结构多数采用各种

形式的空间结构体系。

 

　　关键词：膜结构；大跨度结构；充气膜结构；张拉式膜结构；

 

　　

1、膜结构的发展 

　　膜结构是一种古老的结构形式。经过近年来的发展，已成为一种能够代表当今建筑技术
和材料学发展水平的新型结构体系。早在远古时代，人们利用兽皮等制造的帐篷便是最原始
的膜结构。进入二十世纪以来，人们利用类似的原理，制造了飞艇、雷达天线罩等，使膜结
构首先在其他一些领域中得到了应用，同时作为临时性建筑，如野营帐篷、马戏团大棚、临
时性仓库等。膜结构也曾被采用。但是膜结构作为一种真正的现代功能结构，当推

1970 年在

日本大阪万国博览会中所建造的一些空气膜结构，它标志着膜结构时代的开始，从此在世
界范围内开展了对膜结构的开发、研究和应用。七十年代初，以美国杜邦、康宁公司为主的几
家公司和设计单位联合开发研制了以玻璃纤维织物为基材的新型膜材，是膜结构从最初的
临时性建筑开始迈向永久性建筑的行列。

 

　　

2、膜结构的特点 

　　膜结构是一种预应力空间整体结构，将结构与建筑维合部分结合为一体，最大限度地
发挥了膜材料的承载能力。膜结构本身的受弯刚度的稳定曲面，这使得膜结构造型活泼优美，
富有时代气息；自重轻，适合大跨度建筑，可充分利用自然光，减少能源消耗，造价相对
低廉，施工速度快，结构抗震性能好，适用范围广。

 

　　

2、1 轻质：张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定

性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多，但却具有良好的稳定性。建筑师可以利用其轻
质大跨的特点设计和组织结构细部构件，将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。

 

　　

2、2 透光性：透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。膜材的透光性可以为建筑

提供所需的照度，这对于建筑节能十分重要。对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤
为重要。通过自然采光与人工采光的综合利用，膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创
作空间。夜晚，透光性将膜结构变成了光的雕塑。

 

　　

2.、3 柔性：张拉膜结构不是刚性的，其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。膜结构

通过变形来适应外荷载，在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小，直至能更有
效抵抗该荷载。张拉结构的灵活性使其可以产生很大的位移而不发生永久性变形。膜材的弹
性性能和预应力水平决定了膜结构的变形和反应。适应自然的柔性特点可以激发人们的建筑
设计灵感。不同的膜材的柔性程序也不相同，有的膜材柔韧性极佳，不会因折叠而产生脆裂
或是破损，这样的材料是有效实现可移动、可展开结构的基础和前提。

 

　　

2、4 雕塑感：张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。膜面通过张力达到自

平衡。负高斯膜面高低起伏具有的平衡感使体型较大的结构看上去像摆脱了重力的束缚般轻
盈地飘浮于天地之间。无论室内还是室外这种雕塑般的质感都令人激动。

 

　　张拉膜结构可使建筑师设计出各种张力自平衡、复杂且生动的空间形式。在一天内随着
光线的变化，雕塑般的膜结构通过光与影而呈现出不同的形态。日出和日落时，低入射角度
的光线将突现屋顶的曲率和浮雕效果，太阳位于远地点时，膜结构的流线型边界在地面上
投入弯弯曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性，经过设计的人工灯光也可使膜结构成为