膜材料 膜材料是指用于膜結(jié)構(gòu)中的高強(qiáng)度柔韌性薄膜，包括織物膜材和熱塑性化合物膜材（非織物膜材）。膜材料是膜結(jié)構(gòu)建筑中的主要結(jié)構(gòu)材料。 織物膜材是一種耐用、高強(qiáng)度的涂層織物，是在用纖維支撐的基布上涂敷樹脂或橡膠等高分子聚合物而制成，具有質(zhì)地柔韌、厚度小、重量輕、透光性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。
織物膜材的構(gòu)成
用途和分類
纖維基布
纖維基布由各種織物纖維編織而成，決定膜材的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，通常有聚酯纖維基布和玻璃纖維基布兩種。
涂層
涂層保護(hù)基布，具有防水防潮、抗污染、耐久等功能，可以為單層或多層、單面或多面，常見的有聚氯乙烯（PVC）樹脂涂層和聚四氟乙烯（PTFE）樹脂涂層，膜材因此層的差別分為PVC膜材和PTFE膜材。
表面處理層
表面處理層常常具有自潔性能、抗紫外線和耐久性能，此層的差別對膜材的自潔性能和耐久性能影響非常大，其中PVC膜材因此層的不同常常分為丙烯酸(Acrylic)膜材、偏聚氟乙烯（PVDF）膜材、聚氟乙烯(PVF)膜材等。
粘膠層
纖維基布、各涂層以及面層之間常用粘膠層連接，粘膠劑主要有聚亞安酯和聚碳酸酯，聚亞安酯比較便宜，常用于室內(nèi)膜；而聚碳酸酯抗紫外線能力強(qiáng)，常用于室外膜。
膜結(jié)構(gòu)建筑為什么會臟？
很多膜材表面涂層采用液體增塑劑以使膜材達(dá)到一定的柔韌性，隨著時(shí)間的變化，這些液體增塑劑的一小部分會慢慢遷移到膜材的表面，而使膜材表面變得有粘性且很難清洗，從而使得灰塵和其它空氣夾帶中的污染物很容易附著在膜材表面而變臟。研究表明，紫外線、高溫和環(huán)境污染都會加速增塑劑的遷移過程。
表面處理系統(tǒng)是如何起作用的？
表面處理層被附著在織物膜材的表面，為膜材提供一層隔離外部環(huán)境的保護(hù)層。這層隔離層能將增塑劑的遷移降到最低，并為膜材提供一層抵擋污物的硬保護(hù)層。表面處理層保護(hù)、隔離的效果和長期性能取決于表面處理層的化學(xué)成分和厚度。
絕大多數(shù)溶液涂敷型表面處理層都采用透明的丙烯酸樹脂作為主要聚合體，包括普通可焊接的偏聚氟乙烯（PVDF）表面處理層，這些表面處理層的厚度常常在0.1密耳（0.00254毫米）至0.4密耳（0.01016毫米）之間。而BRITE建筑膜材的含氟聚合物表面處理層厚度在1.0密耳（0.0254毫米）至1.5密耳（0.0381毫米）之間。
Shelter-Rite建筑膜材表面處理系統(tǒng)
美國西幔公司Shelter-Rite建筑膜材有四種表面處理層，包括丙烯酸、普通偏聚氟乙烯（PVDF）、Kynar含氟聚合物和Tedlar含氟聚合物。表面處理層的作用主要是提高膜材的美觀感受和自潔性能，最好的表面處理層比如Tedlar PVF覆膜，不但有極強(qiáng)的自潔性能，還有很強(qiáng)的抗紫外線性能，從而提高膜材的使用壽命。
膜結(jié)構(gòu)及其分類
所謂膜結(jié)構(gòu),是指結(jié)構(gòu)的一部分或全部采用膜材料作為力學(xué)結(jié)構(gòu)因素的結(jié)構(gòu)物。由于建筑膜材本身不具有剛度和固定的形狀，即在自然狀態(tài)下不具有承載能力。因此，根據(jù)不同的受力特性，膜結(jié)構(gòu)大致可分為張拉式膜結(jié)構(gòu)、骨架式膜結(jié)構(gòu)、組合式膜結(jié)構(gòu)以及充氣式膜結(jié)構(gòu)等幾大類。
1. 張拉式膜結(jié)構(gòu)是通過拉索將膜材料張拉于結(jié)構(gòu)上而形成的構(gòu)造形式。由于膜材是柔性結(jié)構(gòu),本身沒有抗拉、抗壓能力,抗彎能力也很差,完全靠外部施加的預(yù)應(yīng)力保持其形狀,即使在無外力且不考慮自重的情況下,也存在著相當(dāng)大的拉應(yīng)力,膜表面通過自身曲率變化達(dá)到內(nèi)外力平衡。張拉式膜結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)建筑的重要組成部分，膜面一般為負(fù)高斯曲面，因此，它體形豐富、自然流暢、曲面柔美，倍受建筑師們的青睞。但這種結(jié)構(gòu)體系受力分析復(fù)雜，對施工精度要求高，因此，其設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制作及施工工藝難度都較大。
2. 骨架式膜結(jié)構(gòu)在鋼架或其他材料的骨架上鋪裝膜材料,由此構(gòu)成屋頂或外墻壁的構(gòu)造形式。形態(tài)有平面形、單曲面形和以鞍形為代表的雙曲線形。骨架式膜結(jié)構(gòu)是自身封閉的、穩(wěn)定的骨架體系（一般是鋼桁架體系、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)或張拉整體體系等）與膜材料共同組成一個(gè)結(jié)構(gòu)受力體系。該體系施工與常規(guī)結(jié)構(gòu)相似（除索網(wǎng)或張拉整體體系等的自身施工外），較易被工程界理解和接受，但為了讓膜具有一定的剛度，骨架體系提供給膜的支撐系統(tǒng)一般要有一定的曲度，并應(yīng)設(shè)置向膜中施加預(yù)應(yīng)力的機(jī)構(gòu)。
3. 組合式膜結(jié)構(gòu)通常為在自身穩(wěn)定的桁架體系上劃分若干個(gè)單元，每個(gè)單元上布置張拉式膜結(jié)構(gòu)單元，膜單元之間在受力上基本上是相互獨(dú)立的，可以認(rèn)為是多個(gè)簡單張拉式膜結(jié)構(gòu)單體的物理組合，受力的復(fù)雜性介于張拉式膜結(jié)構(gòu)與骨架式膜結(jié)構(gòu)之間。這種體系在目前膜結(jié)構(gòu)體育場罩篷中也有較廣泛的應(yīng)用。
4. 充氣式膜結(jié)構(gòu)的通常需要向構(gòu)造內(nèi)充入氣體，以使膜材達(dá)到一定的剛度和形狀而承受荷載，根據(jù)充氣形式的不同，通?？煞譃闅獬惺侥そY(jié)構(gòu)、氣肋式膜結(jié)構(gòu)和氣枕式膜結(jié)構(gòu)。
a) 氣承式膜結(jié)構(gòu)(Air-supported membrane structure) ，是通過壓力控制系統(tǒng)向建筑物室內(nèi)充氣，使室內(nèi)外保持一定的壓力差，膜體受到上浮力，并產(chǎn)生一定的預(yù)張力，以保證體系的剛度。室內(nèi)設(shè)置空壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來不斷地調(diào)整室內(nèi)氣壓，以適應(yīng)外部荷載的變化。
b) 氣肋式膜結(jié)構(gòu)（Air-inflated membrane structure），是向單個(gè)膜構(gòu)件內(nèi)充氣，使其保持足夠的內(nèi)壓，多個(gè)膜構(gòu)件進(jìn)行組合形成一定形狀的一個(gè)整體受力體系，這種結(jié)構(gòu)對膜材自身的氣密性要求很高，或需不斷地向膜結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)充氣。氣肋式膜結(jié)構(gòu)也常叫氣囊式膜結(jié)構(gòu)
c) 氣枕式膜結(jié)構(gòu)（Air-inflated cushion membrane structure），是向封閉氣枕內(nèi)充入一定壓力的氣體，以形成具有一定剛度和形狀的構(gòu)件，再由多個(gè)這種構(gòu)件相互連接形成使用空間。
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氣承式膜結(jié)構(gòu) |
氣肋式膜結(jié)構(gòu) |
氣枕式膜結(jié)構(gòu) |
膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
雖然各種類型的膜結(jié)構(gòu)形式在受力分析、設(shè)計(jì)構(gòu)造、制作安裝等方面難易程度有很大差別，應(yīng)用上也不盡相同，但它們往往有如下共同特點(diǎn)：
1. 設(shè)計(jì)靈活。由于膜結(jié)構(gòu)采用膜材作為結(jié)構(gòu)材料，膜材的彈性模量較低而有一定的柔韌性，從而能充分發(fā)揮建筑師的想象力和創(chuàng)造力，在建筑外形、空間設(shè)計(jì)、顏色搭配、采光通風(fēng)等方面都給建筑師（設(shè)計(jì)師）極大的靈活性；使用范圍廣，可以小到單人帳蓬、花園小品，大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建筑；膜結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式，常常能設(shè)計(jì)成極富時(shí)代氣息的現(xiàn)代建筑，是典型的21世紀(jì)的建筑形式。
2. 自重輕。膜結(jié)構(gòu)屋面重量僅為傳統(tǒng)屋面的1/30 左右；在大跨度的結(jié)構(gòu)中采用膜結(jié)構(gòu)要比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)輕一個(gè)或幾個(gè)數(shù)量級，且單位面積的結(jié)構(gòu)自重與造價(jià)也不會隨跨度的增加而明顯地增加。
3. 施工速度快。膜材的裁剪制作、鋼索及鋼結(jié)構(gòu)等制作均在工廠內(nèi)完成，可與下部支撐結(jié)構(gòu)或構(gòu)件等同時(shí)進(jìn)行，在施工現(xiàn)場只需將工廠預(yù)制好的膜材和構(gòu)件和現(xiàn)場結(jié)構(gòu)連接、裝備起來，現(xiàn)場的施工安裝文明、迅速快捷；由于膜結(jié)構(gòu)工廠化程度高，容易易做成可拆卸結(jié)構(gòu)，易于運(yùn)輸，可用作巡回演出、展覽等用途。
4. 使用安全可靠、維護(hù)簡單方便。由于其自重輕、抗震性能較好；膜結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)，能夠忍受很大的位移，不易整體倒塌；而且膜材料一般都是阻燃材料，也不易造成火災(zāi)；膜結(jié)構(gòu)建筑的日常維護(hù)費(fèi)用極小，常被稱為“免維護(hù)結(jié)構(gòu)”。
5. 節(jié)能環(huán)保。由于膜結(jié)構(gòu)采用的膜材料一般都有一定的透光率，可充分利用自然光，白天使用不需人工照明，也能滿足各種建筑內(nèi)部活動需要；同時(shí)膜材料對光有一定的折射率和反射率，對一些特定的結(jié)構(gòu)形式比如氣承式膜結(jié)構(gòu)，往往能節(jié)省大量室內(nèi)能耗；膜材是一種化學(xué)建材，可大大減少鋼材、水泥、沙子等傳統(tǒng)建材的消耗。
6. 經(jīng)濟(jì)效益明顯。鑒于以上原因，較其他傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式，膜結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)濟(jì)效益顯著。
* *Shelter-Rite和BRITE是美國西幔公司的注冊商標(biāo)。
* *Tedlar是美國杜邦公司的注冊商標(biāo)。
* *Kynar是法國阿科瑪公司的注冊商標(biāo)。