膜结构找形及节点分析

    摘要： 文章概要对比分析了各种膜材料的物理特性及其力学性能，膜结构形状的类型及
各种类型的特点及适用范围，并着重分析了应用广泛的张拉式结构型式，简要概括了膜结
构常用的找形方法和节点连接方式，最后通过上海世博挪威馆实例分析了膜结构的连接和
主要的节点构造，结果表明了木结构和膜结构结合的可行性和可靠性。

 

　　关键词：

 膜材膜结构形状 找形分析节点连接 

　　

0 引言 

　　膜结构与传统的建筑结构相比，形体多样、重量轻，可获得较大跨度的建筑空间，具有
较好的经济效益。膜结构的加工和制作均在工厂内完成，仅在现场安装即可，与混凝土结构
相比大大缩短了了施工工期。

 膜结构具有易拆，易建，易搬迁和易更新的特点，膜结构具

有较低的能耗、较高的反射性和较低的吸光率，

 已被广泛用于大型的体育场馆和公共建筑。

如美国丹佛国际机场，英国的格林威治的

“千年穹顶”张拉膜结构。近年来我国的膜结构也有

了较快的发展，上海八万人体育场馆成为我国第一个永久性的膜结构工程，

 2008 年奥运场

馆

“鸟巢”及 2010 年上海世博轴的建成表明了膜结构在我国得到了较快的发展。这种独特的

建筑形式得到了越来越多的关注和发展。本文主要从膜材，膜结构类型的选择及找形方法和
节点连接方面分析了膜结构的特点，并结合上海世博挪威馆分析了膜结构的应用。

 

　　

1 膜材料物理及力学性能分析 

　　膜材料主要有

PVC 膜材， PTFE 膜材及 ETFE 膜材，其物理力学性能对比分析见表 1。 

　　

2 膜结构形状及特点分析 

　　

2.1 骨架式 

　　

  骨架式膜结构以钢构或集成材料构成屋顶骨架在其上张拉膜材的构造形式。其下部

支撑安定性高，

 因屋顶造型比较单一，开口不易受限制，具有经济效益高等特点，广泛应

用于任何大小规模的空间。

 

　　

2.2 充气式 

　　充气式膜结构的基本形式有气承式、双层或多层气垫式、气肋式等。充气式膜结构是将膜
材固定于屋顶结构周边并利用送风系统到室内使气压上升到一定压力以后室内外产生一定
的压力差以抵抗外力，利用气压差来支撑整个结构及外荷载，钢索仅作为辅助构件，无需
任何的梁柱可以达到更大的空间，同时施工快捷，经济效益高，但其维护费用昂贵，控制
气压的难度较大，空间密闭和

“袋装效应”等不足限制了其应用。 

　　

2.3 张拉式 

　　张拉膜结构以钢索、钢结构构件等为边界，通过张拉边界或顶升飞柱等手段给膜面施加
张力，以保持设计的形状并承受荷载

. 张拉膜结构主要由三部分组成：张拉膜材、加强膜面

的脊索或骨索、索膜体系的支撑，支撑主要为钢结构，也可采用混凝土结构及木结构。其建
筑造型丰富多彩，能充分体现建筑艺术的形式，近年来大型跨度空间也多利用以钢索与压
缩材料构成钢索网来支撑上部膜材。由于这种结构形式具有施工要求精度高，结构性能强以
及丰富的表现力特点，所以造价略高于骨架式膜结构。

 

　　

2.3.1 张拉式膜结构的造型 

　　张拉膜结构的基本形式主要有马鞍形、伞形（圆锥形）、拱支承形、脊谷形等。鞍形曲面
是典型的互反曲面形式，它由

4 个不共面的角点和连接角点的边缘构件围合而成在这 4 个

角点中，通常有两个对角点为高点

 ，另两个为低点。鞍形膜结构的边缘构件可以是混凝土

梁或空间钢桁架，即形成所谓的刚性边界

;也可以采用边索，通过对其施加较大的预张力形

成柔性边界。由于柔性边界可以较好地适应膜面的变形，避免膜面在安装和受荷过程中出现
褶皱，因而较为常用。伞形膜结构也是常见的张拉膜结构形式之一，这种结构形式的特点在