摘要：充气膜结构作为一种新式轻型结构形式，因其较轻的自重，能够很好的克服传统结构体系在大跨度结构因自重上产生的困难，可以提供出巨大而无视线遮挡的可视空间，因较低的造价和较短的施工周期而产生良好的经济价值，使得其在大跨度建筑中广泛的应用。
关键词：充气膜结构 大跨度 绿色建筑 发展前景
1.气膜结构简介
气膜结构作为21世纪具有特色性的结构形式之一，改变了传统“火柴盒”式建筑风格。其外形多呈现为曲面，造型优美，柔和简洁，给人耳目一新的视觉效果。气膜结构在我国发展较晚，但发展速度却很快。我国最早的气膜建筑是1980年建成的上海工业展览馆充气展览厅。如今气膜结构已经广泛应用于工业、展览厅、农业、电力等领域的大跨度大空间结构中。由于只需较低的价格，可覆盖很大的面积，为业主方创造出很高的经济价值。
2.充气膜结构分类及特点
充气式膜结构是利用空气力学原理利用薄膜内外空气压力差，使膜材持久处于紧绷的张力状态，保持一定刚度维持固定的形态来抵抗外荷载的结构形式。充气膜结构按膜片层数可分为：单层充气膜结构，双层充气膜结构。按照结构受力原理分为：气承式和气囊式膜结构。气承式膜结构是将成型的膜面材同基础周边固定，形成密闭空间，使用鼓风机对膜建筑室内增压，使膜面鼓起至设计空间曲面, 保持内外压差使膜面以确保刚度, 从而维持形态并抵抗荷载。可用于单层膜结构和双层膜结构，并且需要持续鼓入空气来维持结构形状，在暴雪、大风等恶劣的环境下，需要提高室内气压增加结构刚度来抵抗外部荷载。气承式膜结构需要良好的气密性，出入口必须密闭。气囊式膜结构是将两张薄膜片密封成特定的形状，通过向封闭膜空间内鼓入空气，使其高于外界气压，膜面绷紧受拉，维持一定的形态和刚度。气囊式膜结构不需持续鼓入空气，但对膜材要求较高。气囊式与气承式相比的优越性是室内为常压气体环境, 避免了超压所引起的不舒适感。
3.气膜结构的优点
（1）同混凝土结构和钢结构相比，气膜结构的自重是最轻的。薄膜常采用被称之为“第五代建材”的高强度、高柔性的薄膜。膜材料由基层和面层组成，常见的基层材料是聚酯纤维、玻璃纤维。常用树脂面层为PVC和Teflon，此外还有新型面层材料硅酮，使薄膜具有良好的柔韧性、透光性、防水性。膜材加上所需的钢索，每平方米自重不超过3kg。
（2）施工速度快，工期短。气膜结构省去了大量的结构安装过程以及混凝土浇筑养护所需要的时间，膜材通常是在工厂按设计图加工制作好后，到工地现场进行安装，工期可缩至传统建筑的一半，工厂化生产性好。
（3）良好经济效益。气膜结构由膜材和钢拉索组成，在建筑内部没有设梁柱，与传统结构形式的建筑，其造价能够节省2/3到1/2左右。
（4）适用性强。不仅可以用于临时性结构，还可以用于体育馆、工业厂房、仓库等大跨度的永久结构中，也无地区性的限制。非常适用于中部无支撑的大跨度大空间结构中。其外形可以做的独特新颖，别具一格，给人较高的艺术审美体验。
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4.气膜结构在大跨度结构中应用
跨度在60米以上的结构称之为大跨度结构。第一个充气膜结构是美国军方做的一个直径15m,矢高18.3 m球形多谱勒雷达穹顶。当时采用以玻璃纤维为基层，氯丁二烯橡胶为涂层的膜材。首次将气膜结构用于大跨度结构中的是由建筑师Davis Brody 与工程师 DavidGeiger共同完成创作的美国馆。其平面是一个139m×78m的椭圆形充气膜结构, 膜材为聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物, 无柱大厅的屋面由32根沿对角线交叉布置的钢索和膜布所覆盖。它是世界上第一个大跨度低轮廓的气承式膜结构。随着科技的发展和新型材料的出现，各式各样的气膜建筑出现在我国人们的视线之中。
河北金隅红树林环保公司充气膜污染土储存场，长125ｍ、宽60ｍ，膜顶部最大设计高度28ｍ，采用国产ＰＶＤＦ膜材料，气膜内部容积约为17万ｍ3。该气膜采用了可视系统和远程控制系统，使工作人员实时监测到膜内外的运行情况，并远程控制提高或降低膜内气压。
北京建工环境修复污染土处理车间，由二组尺寸结构构造完全相同的充气膜结构组成，平面投影为矩形，单个充气膜长130米、宽50米，最大高度19ｍ，室内空间容积约为12m3，膜展开面积约22000m2。膜材料也为国产ＰＶＤＦ材料。
江苏南通理工学院海安校区的新建气膜体育馆，长111m，宽46m，建筑面积5106m2，内设篮球场、网球场、羽毛球场及乒乓球场，可同时容纳3000人活动。该球馆是目前国内功能最先进的气膜球馆，四周设计了3米的玻璃幕墙，改善室内视觉效果。
深圳启光集团飞艇放飞库，该项目总建筑面积22000m2，长184m，宽124m，高52m，外弧为一个半圆造型，高跨比是1/2，可容纳2个大型飞艇在室内飞行试验。控制系统采用全自动控制系统，实现无人值守，同时可以远程监控。该项目采用单层膜结构，选用低透光膜材，室内透光率高达10%，白天不用开灯。钢索采用JRT斜编式钢索网结构，可以抵御18级台风。
5.气膜建筑前景仰望
随着科技进步和各项技术水平的提高，我国关于充气膜结构的造型分析、荷载分析以及裁剪分析的研究取得了很多进展，特别是在索膜共同工作的研究上取得了非常大的成就。充气膜结构因其优秀的特性不仅可用于各类体育建筑场馆, 也可以应用于工农业生产和日常生活中。通过使用新型膜材可提高自身防火、抗老化、耐紫外线、耐酸碱、耐磨损和具有自动清洁等性能。膜材料本身可以回收利用，在建造和拆除过程中几乎没有建筑垃圾和环境污染，对环境保护和节约资源有着深远影响。通过使用柔性薄膜太阳能气膜，将照射在气膜上的太阳能与电能转换、储存，使得充气膜建筑能耗上的自给自足，实现充气膜建筑零能耗纯绿色建筑的理念，为今后绿色友好型建筑开辟新篇章。
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论文作者:高旭,力传玺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/16
标签：膜结构论文; 建筑论文; 结构论文; 膜材论文; 大跨度论文; 薄膜论文; 钢索论文; 《防护工程》2018年第30期论文;