1 中煤建安集团技术研发中心 河北省邯郸市 056002
2 中煤建筑安装工程集团有限公司 河北省邯郸市 057150
摘要：回顾历史来看，膜结构很早就已经进入了我们的生活，从古时的游牧民族所使用的帐篷开始，到逐渐发展到用精细化工织物膜或氟化物薄膜作为覆盖帷幕的膜结构，它的发展以及应用一直在我们身边，但它真正的发展要从20世纪中期开始。膜结构是以性能优良的膜材通过支撑骨架如钢架、钢索等彼此作用使其内部产生拉应力，从而形成轻便稳定具有一定刚度，并能承受荷载的空间结构。
关键词：建筑工程；膜结构；特点；应用前景
一、膜结构的整体特点
1.1艺术性
膜结构中的膜材通常是以织物为材料，自重比钢材等轻许多，且化学组成成分通常使其有良好的柔性，韧性和可塑性，利于满足建筑设计者对建筑的构想，提供更大的美学创作空间，使平面复杂的设计变成满足人审美的真正的艺术建筑物，体现结构美，建筑美。此外，膜材的色彩丰富，选择性多，可创造更丰富更复杂的建筑形体和建筑外观。
1.2经济性
目前，膜结构被列入世界上最为轻盈的建筑结构之一。经考究，同样跨度的屋面，采用膜结构可大大降低建筑结构的重量。因此，与传统结构相比，随着跨度增大的同时，膜结构的相对造价反而越低。如果单从膜材的生产成本来说，比如单位ETFE膜材的面积，可达到1600多元，在各类建筑形式中是比较高的，但由于其本身结构减轻自重，故所需相关的支撑结构和基础用材可相对减少，大大降低了工程造价。再有，膜结构中的膜材绝大多数是在工程加工与制作，现场安装的施工工期与传统建筑施工周期相比，可缩短近一半，可以体现出明显的综合经济效益。
1.3透光性
对于大型的屋顶，半透明或透明会减少对人的压迫感，透明使巨大的结构变得轻盈，同时可以在屋顶下面产生均匀的自然漫射光。在可见光范围内，膜材最大的透光率可达94%~97%，在紫外光线范围内透光率也达83%~88%，这就表明有最高达94%~97%%的阳光可以穿透膜材，使其建筑白天无需照明，可大大节省能源！
1.4隔热性
与传统材料相比，膜材的隔热性能优势并不十分突出，但采取构造措施可使得气枕获得良好的隔热性能。工程中使用的膜材上通常有着气枕镀点，气枕密度即为气枕镀点的面积占整个膜材面积的比值，这意味着气枕密度越大，反射太阳能的能力就越大，室内便会凉爽，而气枕密度越小，反射太阳能就越少，室内便会温暖。设计师可以根据建筑的特点来设置不同密度的气枕密度，使建筑物更适宜人们居住。
二、膜结构的分类及其应用
随建筑制作安装技术、计算机、设计数值分析理论与方法的发展，膜结构体系不断演变进化，按时间前后顺序分，可分为充气膜、张拉膜、以及其他新型膜结构。
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2.1气承式（充气式）膜结构
气承式膜结构采用高强度、高柔性的薄膜材料为主要材料，利用密闭空间内空气压力支撑原理，将膜材底部的外沿固定在地面基础或者屋面结构周圈上，利用充气系统将空气持续输入气膜内部，当气膜内压力大于大气压力时，就产生一定的气压差，气膜内气体就能将膜材支撑起来覆盖在地面或者屋面上，形成无梁无柱的大跨度建筑空间。
由于它跨中没有任何支撑，因此适用于超大跨度的建筑，一般用于大型的公共设施。气肋式膜结构是由多个带肋充气构件组成，易形成独特的建筑形式，可用于花园小区、街景、娱乐场等方面。
2.2张拉式膜结构
张拉式膜结构是以性能优良的编织物膜材为建筑材料，同时利用钢柱、钢架支撑或钢索向膜面预施加张力支撑膜面，从而形成具有一定刚度、能够覆盖较大空间的结构体系。
此方法使用的膜结构可获得自由、丰富的建筑造型，再配上色彩颜色及图案，可使得建筑造型千姿百态，比起司空见惯的传统矩形建筑，显得更加活泼、富有生机，并易于大自然溶为一体，满足人们返璞归真的需求，适合中小型跨度的建筑，也适用于大跨度体育场、游乐场等大型公用设施的看台挑篷。
2.3骨架式膜结构
骨架式膜结构是在稳定的骨架上覆盖膜材料，形成对屋顶或维护结构进行封闭，同时并形成稳定的大跨度空间的形状。
此结构易于施工和安装，受力分析也较简单、直观，其中，索穹顶膜结构是骨架式膜结构的特例，其理论分析到施工都有很大的难度。其骨架支撑可分为四角单伞中柱支撑、四角单伞边柱支撑、六角单伞中柱支撑、六角单伞中柱支撑、六角联体双伞飞柱支撑、八角联体双伞中柱支撑、飞燕单伞中柱支撑。根据骨架体系的不同可用于中小型、大型、超大型的体育设施或公共活动场所。但由于其形状受到骨架体系的约束限制，其膜曲面一般较为呆板，灵活性不强。
2.4气膜钢筋混凝土结构
气膜钢筋混凝土结构建筑是一种将充气膜与钢筋混凝土薄壳结构完美融合的新型建筑形式，其独特的力学性能和灵活美观的造型对大空间结构建筑的建造产生了革命性的影响。由环形基础、PVDF膜材、聚氨酯、钢筋混凝土壳体组成。其建造原理是以性能优良的柔软织物为外膜并将其固定在环型基础上，向膜内持续输入空气并保持膜内恒压状态做为施工荷载支撑，随后依次在膜内喷涂界面剂、聚氨酯泡沫层、分层绑扎结构钢筋、逐层喷射混凝土，最终形成一个外观美观、结构坚固、空间覆盖率较大的气膜钢筋混凝土结构建筑。
气膜钢筋混凝土结构建筑的应用领域非常广泛，在国外，除在煤炭、水泥、化肥、矿石等散装物料仓储领域采用较多外，在学校、教堂、体育馆、影剧院等共用设施领域以及商业民用住宅领域都有许多案例。在国内，中煤建安集团已建成气膜钢筋混凝土结构建筑11个，正在建设3个，分别应用在煤炭仓储、试验球仓、屋面工程、展馆、办公楼等领域。
结语：随着时代的发展，越来越多的膜结构建筑走进了我们的生活，冲击着我们对传统建筑的固有认识，也不断迎合了现代人的审美需求。拿较大的膜结构来说，有体育场，观景台，大型商场，文化娱乐场所，生态园等；走在公园中以膜材建造的小走廊或亭台水榭，感受着膜结构带来的舒适光线，总会衍生出一种浪漫的惬意。
膜结构建筑不光符合了现代人的审美需求和精神享受，它还迎合了现如今大力倡导的绿色建筑的概念。特别是2014年中煤建安集团引进的气膜钢筋混凝土结构建筑，打破了国内大跨度结构设计与施工的难题，成为了令人瞩目的新型建筑，越来越受到国内企业的关注。就目前而言，虽然膜结构中的膜材成本较高，但膜材料还在继续研究发展中，国外虽已研制出了许多种新型的用于膜结构建筑的材料，其一些化学添加剂的研发也在不断的进行，相信在不久的将来，膜材料的国产化将生产成本高的问题有望得到解决。
单从中国的发展来看，中国发展中国家的本质还没有改变，城市化仍然在进行，这意味着必然会有更多的建筑将会在城市中竖立而起，而建筑的环保性在将来必定是建筑师们首先要考虑的因素，而膜材料正符合了这一趋势，所以膜结构建筑的潜力非常大，应用前景非常的广阔，未来十分的光明。
参考文献
[1]温艳芳,靓丽建筑—空间膜结构[B],山西:中国西部科技，2009.
[2]陈务军编著,《膜结构工程设计》
论文作者:闫志敏1,卢强2
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第8期
论文发表时间:2017/10/9
标签：建筑论文; 膜结构论文; 膜材论文; 结构论文; 骨架论文; 钢筋论文; 建安论文; 《建筑科技》2017年第8期论文;