建筑用膜结构材料的性能与应用研究现状

摘要：近年来，膜结构材料在一些大型建筑上的应用得到迅速发展。本文从分类、分级、性能
等角度分析了国内外建筑用膜材料的研究与应用现状，并指出要缩小我国在该领域与国外
先进水平的差距，首先要解决产品设计、生产工艺控制与产品性能评价等核心技术问题

 

　　关键词：膜结构材料；建筑用；聚酯长丝织物涂覆聚氯乙稀；玻璃纤维膜材料；性能
评价

 

　　膜结构建筑作为一种新颖的建筑形式于

20 世纪 50 年代在国际上开始出现。在 1967 年

蒙特利尔世博会上，德国展馆的膜结构建筑惊艳地展示在世人眼前，仅由

 8 根钢管撑起的

膜结构屋顶覆盖了面积近

8 000 m2 的展馆。这是膜结构在大型建筑上的大胆采用，其崭新

的设计理念和魔幻般的造型带来了前所未有的视觉冲击和理念，毫无争议地赢得了建筑设
计大奖。之后，膜结构的应用迅速发展，为建筑师们提供了传统建筑模式以外的新选择。

 

　　

 1 建筑用膜结构材料的分类 

　　膜材料的重量只是传统建筑材料的

1/30，在实现建筑结构轻量化的同时，从根本上克

服了传统结构在大跨度（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。

 

　　建筑膜结构有多种类型，较为典型的有骨架式膜、充气膜和张拉膜等。

 

　　骨架式膜结构是由钢或其他材料构成的刚性骨架，膜张拉并置于骨架上构成，这种结
构中膜材料主要起覆盖屋面的功能，不是维持建筑结构稳定的基本结构单元，典型的建筑
有

2008 年北京奥运会的主体育场 

—— “鸟巢”。 

　　充气膜结构包括气承式和气囊式两种，前者利用室内外的空气压力差来支承建筑屋面
由于难以有效抵抗恶劣气候条件，在

20 世纪 80 年代后期逐渐淡出人们的视野；后者则利

用不同形状的双层膜充气气囊承受载荷，过去在大跨度建筑中较少使用，但由于建筑技术
的进步和轻质高透光率

ETFE 膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）的应用，近年来有了明显的发展，

如国家游泳馆

“水立方”。 

　　张拉索膜结构由稳定的空间双曲张拉膜面、支承杆系、支承索等构成，在现代膜结构建
筑的发展初期具有举足轻重的作用，其中织物膜材料是维持张拉膜结构最重要的结构单元
具有很高的力学性能要求，是本文所研究的主要对象。

 

　　

 2 织物膜材料 

　　从结构组成角度而言，膜材料是一种在织物基布上涂敷树脂或橡胶等基体材料而制成
的层状柔性复合材料，一般由

 3 部分组成，即基布、涂层与面层。其中，基布提供膜材料的

力学性能，特别是抗张拉性能；聚合物涂层使膜材料具有抵御环境因素（如挡风、防雨等）
的能力；面层则赋予膜材料自洁、抗紫外等能力。

 

　　聚酯长丝织物涂覆聚氯乙稀（

PES/PVC）是使用最广泛的建筑用膜材料，产品覆盖了

从临时性建筑的蓬盖布到永久性建筑的厚涂层膜，使用寿命可达

20 年。面层以聚氟化合物

为主，如

PVDF、PVF 等，对于使用年限较短的可采用 Acrylic、Uethane 等涂层。聚酯纤维拉

伸强度高，弹性好，断裂伸长率高，有利于安装时的调整，但是在阳光照射下纤维容易老
化，使强度和弹性降低。

 

　　另一广泛使用的建筑用膜材料是玻纤织物涂覆聚四氟乙烯（

GF/PTFE），具有使用寿

命长、透光性好等特点，特别适用于永久性的大型建筑。玻纤拉伸强度高，模量大，虽然断
裂伸长小，但是不易老化，使用寿命长。