奥克金鼎国家钢结构贰级|膜结构行业设计施工壹级

    膜结构是一种建筑与结构结合的结构体系，是采用高强度柔性薄膜材料与辅助结构通过一定方式使其内部产生一定的预张应力，并形成应力控制下的某种空间形状，作为覆盖结构或建筑物主体，并具有足够刚度以抵抗外部荷载作用的一种窄间结构类型。

膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构类型，它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的组合，给人耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。膜结构具有强烈的时代感和代表性，是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学、计算机技术等为一体的多学科交叉应用工程，具有很高的技术含量和艺术感染力，其曲面可以随建筑师的设计需要任意变化。结合整体环境，建造出标志性的形象工程，并且实用性强、应用领域广泛。既可应用了大型公共设施，如体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览中心、购物中心、停车场、站台设施等。又可应用于休闲设施、工业设施、入口廊道以及标志性或景观性的建筑、小品等。  

优点

(1)大跨度。膜结构自重轻、抗震性能好，可以不需要内部支承，克服了传统结构在大跨度（无支撑）建筑上实现所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡可视空间，有效增加空间使用面积。

(2)艺术性。膜结构突破了传统的建筑结构类型，以造型学、色彩学为依托，可结合自然条件，充分发挥建筑师的想象力，根据创意建造出传统建筑难以实现的曲线及各种造型，且色彩丰富，富有时代气息，体现结构构件受力之美。配合灯光易形成夜景，给人以现代美的享受。

(3)经济性。膜材料具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，节约能源；夜间彩灯透射可形成绚烂的景观。而且，膜结构能够拆卸，易于搬迁，特别是在建造短期应用的大跨度建筑时，更为经济。

(4)安全性。膜材料具有的阻燃性和耐高温性，能很好地满足防火要求；膜结构属柔性结构，能够承受很大的位移，不易整体倒塌；膜结构自重轻，抗震性能比较好。

(5)自洁性。膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，本身不发黏，落到膜材表面的灰尘可以靠雨水的自然冲洗而达到良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。

(6)工期短。膜片的裁剪、钢索及钢结构等的制作均在工厂完成，减少现场施工时间，可与下部钢筋混凝土结构或构件等同时进行，避免施工交叉，在施工现场只是钢索、钢结构及膜片的连接安装定位及张拉的过程，故现场施工安装、迅速快捷，相对传统建筑工程工期较短。

(7)适用广。从气候条件看，膜结构建筑适用的地域广阔；从规模上看，可以小到单人帐篷、花园小品，大到覆盖几万、几十万平方米的建筑。甚至有人曾设想覆盖一个小城，实现人造自然。

缺点

(1)一般的膜材使用寿命为15～25年，与传统的混凝土及钢材相比有较大的差距，与“百年大计”的设计理念不同。

(2)隔热性差。如果强调透光性，只能用单层膜，隔热性就差，因而冬天冷、夏天热，需要空调。

(3)隔音效果较差。单层膜结构只能用于隔音要求不高的建筑。

(4)抵抗局部荷载能力差。屋面会在局部荷载作用下形成局部凹陷，造成雨水或雪的淤积，使屋盖在淤积处的荷载增加，可能导致屋盖撕裂(帐蓬结构)或翻转(充气结构)。

(5)充气结构还需要不停地送风，因此维护和管理特别重要。另外。气承式充气结构必须是密闭的空间，不宜开窗。

特性

    在膜结构中，薄膜既是结构材料，又是建筑材料。作为结构材料，薄膜必须具有足够的强度，以承受由于自重、内压或预应力、风、雪等作用产生的拉力；作为建筑材料，它又必须具有防水、隔热、透光或阻光等建筑功能。膜材料作为膜结构的灵魂，它的发展与膜结构的技术密切相关、互相促进的。

膜的材料分为织物膜材和箔片两类。高强度箔片近几年才开始应用于结构。织物是由纤维平织或曲织生成的，织物膜材已有较长的应用历史。结构工程中的箔片都是由氟塑料制造的，它的优点在于有很高的透光性和出色的防老化性。  

    张拉膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。恰由于此，用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。

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、 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。

    膜材透光性是由它的基层纤维、涂层及其颜色所决定的。标准膜材的光谱透射比在10%~20%之间，有的膜材的光谱透射比可以达到40%，而有的膜材则是不透光的。膜材的透光性及对光色的选择可以通过涂层的颜色或是面层颜色来调节。

通过膜材和透光保温材料的适当组合，可以使含保温层的多层膜具有透光性。即使光谱透射只有几个百分点，膜屋面对于人眼来说依然是发亮和透光的，具有轻型屋面的观感。

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。

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光的雕塑。

5、 安全性：按照现有的各国规范和指南设计的的轻型张拉膜结构具有足够的安全性。轻型结构在地震等水平荷载作用下能保持很好的稳定性。

    由于轻型结构自重较轻，即使发生意外坍塌，其危险性也较传统建筑结构小。膜结构发生撕裂时，若结构布置能保证桅杆、梁等刚性支承构件不发生坍塌，其危险性会更小。

膜结构的柔性使其在任一荷载作用下均以最有利的形态承载。当然，结构的布置和形状要根据荷载情况来进行设计和调整。设计要确何膜面与其辅助结构协调工作，以避免力在膜面或辅助结构上集中而达结构破坏的临界值。

分类

膜结构建筑造型丰富多彩，千变万化，按照支承方式分为充气式膜结构、张拉膜结构和骨架支承膜结构。

1.骨架式膜结构

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

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

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。

目前建筑膜材广泛认可的标准是的A、B、C三类，是根据其防火性能的优劣来划分的。

A类

A类最好，以玻璃纤维织物为基材涂PTFE而成；

B类

B类次之，以玻璃纤维织物为基材涂PVC而成；

C类

C类是三类中最次的，以聚酯（涤纶）织物为基材涂PVC而成。按涂层材料分，有聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、橡胶等。

膜结构的组成

分为基础、钢结构、膜材结构（索结构）三部分组成。

基础：一般都是采用独立基础，个别采用桩基（特殊地质或回填地质）；

独立基础，用于单柱或高耸构筑物并自成一体的基础。它的型式按材料性能和受力状态选定。平面形式一般为圆形或多边形。但除了自重和竖直活载以外，风荷载是高耸构筑物的主要设计荷载，为了使基础在各个方向具有大致相同的抗倾覆稳定系数，采用圆形基础最为合适。由于这类构筑物的重心很高。基础有少量倾斜就会使荷载的偏心距加大，从而导致倾斜的进一步发展。因此这类基础变形用容许倾斜来控制。当软土地基上的倾斜超过限值时，经常采用桩基础。

桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史久远的基础形式。随着生产水平的提高和科学技术的发展，桩基的类型、工艺、设计理论、计算方法和应用范围都有了很大的发展，被广泛应用于高层建筑、港口、桥梁等工程中。

桩是将建筑物的全部或部分荷载传递给地基土并具有一定刚度和抗弯能力的传力构件，其横截面尺寸远小于其长度。而桩基础是由埋设在地基中的多根桩（称为桩群）和把桩群联合起来共同工作的桩台（称为承台）两部分组成。

桩基础的作用是将荷载传至地下较深处承载性能好的土层，以满足承载力和沉降的要求。桩基础的承载能力高，能承受竖直荷载，也能承受水平荷载，能抵抗上拔荷载也能承受振动荷载，是应用最广泛的深基础形式。

钢结构：

钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚度好、抵抗变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。

钢结构应研究高强度钢材，大大提高其屈服点强度；此外要轧制新品种的型钢，例如H型钢（又称宽翼缘型钢）和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。

另外还有无热桥轻钢结构体系，建筑本身是不节能的，本技术用巧妙的特种连接件解决了建筑的冷热桥问题；小桁架结构使电缆和上下水管道从墙里穿越，施工装修都方便。

膜材结构：

膜材结构包括“结构体系和基本定义”、“索的构成、材料及性能”、“膜的材料及性能”、“抗拉锚固”等。包括索和膜结构的类型、定义、材料、连接节点、抗拉锚固体系及构造。