奥克金鼎国家钢结构贰级|膜结构行业设计施工壹级

什么是张拉膜结构

膜结构又叫张拉膜结构，是21世纪最具代表性的建筑形式。从98年来到中国前，国外设计、加工、安装膜结构已经有近40年的经验了；不太明白或没有接触过张拉膜的人们就叫他白色的篷子、像帆布一样的船帆或像帐篷一样的等等描述；其实张拉膜结构的前身就是露营帐篷演变而来，科研人员、需求的客户为了把帐篷做的更耐久、更大、更新颖、更牢固，通过不断的完善技术，不断的吸取实践经验，经过漫长的洗礼，到现在的张拉膜结构的技术已经非常成熟完善。下图为膜结构的演变过程，让帐篷变为更漂亮、更耐用、更实用张拉膜结构。（如下图123）

奥克金鼎膜结构的由来：作为一个2004年来深打拼没有什么文化的农家子弟，在2003年服完兵役闲置在家后，经过一个资深大哥指引、介绍来到深圳进入这个膜结构行业，2006年开立这家公司时就给自己一个定位，要用行动来证明做出一个行业标杆，为中国造添砖添瓦。首先确定一个“鼎”字，本身做的就是个顶篷；其次就是要做就做高质量、最漂亮、最好的鼎，就锁定修饰词“金”，凭什么做最好的“金鼎”，那么就联想到2006年德国世界杯比赛的那种精神，周恩来总理说过的为自己国家崛起而读书等，作为一个企业就需要一种更快、更高、更强的精神，就是需要相互了解、友谊、团结和公平竞争的精神，最后把奥林匹克简称为“奥克”；最后落定为：发扬奥林匹克精神，创造中国最好的鼎，而奋斗………;简称：奥克金鼎。

(一)、从帐篷到永久性建筑

过去人们习惯地把膜结构看作是个帐篷，而帐篷只能算是一个临时性建筑--不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了，其中的关键问题就是材料。当年大阪博览会上的美国馆，由于是临时性的展览建筑，采用的膜材是涂覆聚氯乙烯(PVC)的玻璃纤维织物，算不上先进，但在强度上也经受了两次速度高达每小时140km以上台风的考验。通过这个工程使设计者认识到，需要一种强度更高、耐久性更好、不燃、造型更美观实用、透光和能自洁的建筑织物，70年代美国制造商开发的玻璃纤维织物即满足了如上的要求。主要的改进是涂覆的面层采用了聚四氟乙烯(PTFE,商品名Teflon一特氟隆)。这种材料于1973年首次应用于美国加利福尼亚拉维思学院一个学生活动中心的屋顶上。经过20多年的考验,材料还保持着70-80%的强度，仍然透光并且没有褪色，拉维恩学院膜结构的使用经验表明，涂覆PTEE面层的玻璃纤维织物，不但有足够的强度承受张力，在使用功能上也具有很好的耐久性，从乐观的估计来说,这种材料的使用年限将远不止当初所估计的25年。

与此同时，一种价格比较低、涂覆PVC的聚酯织物在性能上也有很大的改进。制造商在原来的涂层外面再加一面层，比较成熟的有聚氟乙烯(PVF，商品名Tediar)和聚偏氟乙烯(PVDF)，这种面层不但能保护织物抵抗紫外线,而且大大地改进了自洁性，这样就把聚酯织物的使用年限提高到15年;得以在永久性建筑中使用。

1975年在美国密执安州庞提亚克兴建了平面尺寸243.9X183m的银色穹顶，这是第一次将气承式膜结构应用于永久性的大型体育馆。其后在北美地区，类似的膜结构就建了9座，其中象美国的明尼阿波利斯和加拿大的温哥华均位于北方地区。虽然象这样的充气结构也发生过几次不愉快的坍塌事故，但是膜结构终于登堂入室，进入永久性建筑的行列。日本在徘徊了10多年之后，也在1988年修建东京后乐园棒球场时采用了气承式膜结构。

早期修建的膜结构大多是开敞式或位于气候温和的地区，还没有充份发挥膜材的围护能力，那么在寒冷和多雪地区，将是对膜结构作为永久性建筑的真正考验。1983年在加拿大加尔格里建成的林赛公园体育中心就是一个例证。在这座椭圆形的建筑中，游泳馆和田径馆各占一半，以一根横跨122m的格构式钢拱将两者分开。在钢拱与周边圈梁之间的钢索网支承着折线形的膜材屋面，采用涂覆PTEE的玻璃纤维织物，索网下设有纤维棉的保暖层，屋顶不但能防寒，还能透过4%的光线，这就足以在白天不用人工采光。此外在保暖层下面还有一层很薄的蒸气绝缘层，能起吸音作用。

位于号称日本雪国的秋田县，最深积雪可达150cm。1990年建造了天空穹顶体育馆，其外形从球体截取，长边为130m、短边为100m。这座体育馆的设计构思来源于当地著名的雪窑洞，但置身其中又有在户外的感觉。屋盖承重是正交的格构式空间拱系，沿长方向采用空腹拱并设有钢索，沿短方向采用钢管拱。长向钢索被用来对膜面施加张力，同时与骨架在屋面形成V形槽沟，以便于雪滑落。紧贴屋面的钢管拱被用作输送暖风的通道，既起到融雪的作用，也解决了膜面的结露问题。膜材为单层玻璃纤维织物，透光率可达10%，在场中仰望屋顶，给人以通透明亮的感觉。在寒冷地区建造大跨度膜结构，秋田天空穹顶是一个成功的范例。

（二）膜结构领域

文化设施--展览中心、剧场、会议厅、博物馆、植物园、水族馆等

体育设施--体育场、体育馆、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等

商业设施--商场、购物中心、酒店、餐厅、商店门头(挑檐)、商业街等

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、工业大煤棚等

景观设施--建筑入口、标志性小品、步行街、停车场等

（三）膜结构建筑按结构分类

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. 近年来，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。

（四）膜结构的特性

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。

6、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。

7、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。

8、膜结构的突出特点之一就是它形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。对于气承式空气膜结构来说，充气之后的曲面主要是圆球面或圆柱面，可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承的膜结      构，其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。

9、膜结构形状的千变万化突出地表现在历年各国举行的博览会上。在这些博览会上，大大小小的展览馆，无不以新颖奇特的造型来吸引观众，而膜结构就能用来达到这样的目的。例如1985年在日本茨城县举     行的国际科学技术博览会，入口就是以五颜六色的膜材构成的拱形大门。在众多的展览馆中膜结构尤为夺目，像火鸟馆以钢梁与索组成的骨架支承扁平的凹凸屋面。美国馆以高耸的桅杆悬挂银白色的屋面。电    力馆以中央塔架悬吊25个尖顶帐篷，夜晚通过灯光的反射宛如燃烧的火焰。其他象在候车亭、电话亭、走廊、厕所上也都出现了用膜材构成形式各异的建筑小品，蔚为大观。

10、就形状而言，对建筑师说来是至关重要的。采用一般结构的建筑物，其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同，首先它的变形比一般结构要大一些，其次它的形状是在施工过程中逐步形成的，有一个     形状确定的问题，需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状，即结构体系在膜自重(有时还有索)与预应力作用下的平衡位置。在初步设计阶段，先按建筑要求设定大致的几何外形，然后对    膜面施加预应力使之承受张力，其形状也相应改变，经过不断调整预应力，最后就可得到理想的几何外形和应力分布状态。

11、悬索结构中的索网与膜结构一样也有形状确定问题，像1968年蒙特利尔博览会的德国馆和1972年慕尼黑奥运会主体育场都有特殊的形状需要确定，当时只有借助于缩尺模型来解决。早期的膜结构也往往采    用这个方法，材料从最简单的肥皂膜，一直到织物或钢丝。由于在小比例模型上测量的误差尚不足以保证曲面几何形的正确性，故对足尺的建筑外形只能起参考作用。但这还不失为一种有效的手段，能为设计    者提供一个直观的形象。随着计算机技术的不断进步，膜结构的形状就更多地依靠计算机来确定。在膜结构设计理论中还出现了专门的研究课题--找形(formfinding)。为了寻求合理的几何外形，这个过程通过    计算机的几次迭代，就可确定膜结构的初始形状。

   12、膜结构设计打破了传统的先建筑、后结构做法，要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中，建筑师和结构工程师要坐在一起确定建筑物的形状，并进行必要的计算分析。这时，所设计建筑物的平    面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素，一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果。膜结构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、力与美的完美组合，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。

（五）、膜结构的优点

(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。

（六）膜结构材料介绍

膜结构膜材主要分为PVDF、PTFE、ETFE三大类：

PVDF膜材：

Poly(vinylidene fluoride)，英文缩写PVDF，主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含bai氟乙烯基单体的共聚物，它兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，是含氟塑料中产量名列第二位的大产品。

PTFE膜材：

聚四氟乙烯（Teflon或PTFE），俗称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。

耐高温——使用工作温度达250℃。耐低温——具有良好的机械韧性；即使温度下降到-196℃，也可保持5%的伸长率。耐腐蚀——对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。耐气候——堪比塑料的老化寿命。高润滑——固体材料中摩擦系数接近于。不粘附——不粘附任何物质

ETFE膜材：

ETFE的英文为:ethylene-tetra-fluoro-ethylene，中文全称为:乙烯-四氟乙烯共聚物，它在保持了PTFE 良好的耐热、耐化学性能和电绝缘性能的同时，耐辐射和机械性能有很大程度的改善，拉伸强度可达到50MPa，接近聚四氟乙烯的2倍。

膜结构材料的挑选很大程度取决于膜结构建筑的功能、防火请求、使用寿命、规划和投资金额等。所以挑选膜结构材料要了解以下几点：

1、强度，包括抗拉强度与撕裂强度。视膜结构建筑的面积、预应力等来挑选技术参数适宜的膜材，这样膜结构材料即能满足膜结构建筑修建需求，又不会形成虚耗。

2、耐用性及抗老化功能，自洁功能及适应各种气候功能。

3、防火功能，即要求膜结构材料是阻燃或是不燃材料。这取决于膜结构建筑的功能及它所在的环境对膜结构建筑的防火功能要等级要求。

4、膜结构材料价格。因为客户挑选膜结构材料除了要求膜材功能符合建筑要求外，报价是不是超出预算也是个重要因素。不相同品种，不相同品牌，甚至同种膜材性能也有不同，功能也有差异。一般来说，进口膜材报价较高，而相同参数国产膜材报价相对低些。所以这就看客户对膜结构建筑材料采购的预算情况。

（七）膜结构造型分类

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。