空間膜又稱膜結(jié)構(gòu)、張拉膜結(jié)構(gòu)Tensioned Membrane structure）， 是以建筑織物，即膜材料為張拉主體，與支撐構(gòu)件或拉索共同組成的結(jié) 構(gòu)體系，它以其新穎獨特的建筑造型，良好的受力特點，成為大跨度空 間結(jié)構(gòu)的主要形式之一。
　　概述
　　天發(fā)空間膜-專業(yè)的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計專家
　　膜材料是指以聚酯纖維基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂層，配以優(yōu)質(zhì)的PVC組成的具有穩(wěn)定的形狀，并可承受一定載荷的建筑紡織品。它的壽命因不同的表面涂層而異，一般可達成12—50年。
　　膜結(jié)構(gòu)建筑的特點及應(yīng)用領(lǐng)域
　　空間膜是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式，它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細化工與材料科學(xué)、計算機技術(shù)等為一體，具有很高技術(shù)含量。其曲面可以隨著建筑師的設(shè)計需要任意變化，結(jié)合整體環(huán)境，建造出標(biāo)志性的形象工程。
　　藝術(shù)性：充分發(fā)揮建筑師的想象力，又體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件清晰受力之美。
　　
　　經(jīng)濟性：由于膜材具有一定的透光率，白天可減少照明強度和時間，能很好地節(jié)約能源。同時夜間彩燈透射形成的絢爛景觀也能達到很好的廣告宣傳效益。 大跨度：膜結(jié)構(gòu)可以從根本克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度（無支撐）建筑上實現(xiàn)所遇到的困難，可創(chuàng)造巨大的無遮擋可視空間，有效增加空間使用面積。 自潔性：膜建筑中采用具有防護涂層的膜材，可使建筑具有良好的自潔效果，同時保證建筑的使用壽命。 工期短：膜建筑工程中所有加工和制作均在工廠內(nèi)完成，可減少現(xiàn)場施工時間，避免出現(xiàn)施工交叉，相對傳統(tǒng)建筑工程工期較短。膜建筑可廣泛應(yīng)用于大型公共設(shè)施：體育場館的屋頂系統(tǒng)、機場大廳、展覽中心、購物中心、站臺等，又可以用于休閑設(shè)施、使用工業(yè)設(shè)施及標(biāo)志性或景觀性建筑小品等。
　　空間膜結(jié)構(gòu)選型
　　空間膜結(jié)構(gòu)選型-天發(fā)空間膜設(shè)計專家
　　1、 除小跨度結(jié)構(gòu)外，膜結(jié)構(gòu)中的膜材總是與其他構(gòu)件共同承重。目前，國內(nèi)外對膜結(jié)構(gòu)的形式有很多種不同分類方法，尚未統(tǒng)一。本規(guī)程按膜材及其相關(guān)構(gòu)件的受力方式分成四種形式，是一種比較科學(xué)的分類方法。
　　2、 整體張拉式膜結(jié)構(gòu)主要由索和膜構(gòu)成，兩者共同起承重作用，通過支承點和錨固點形成整體。骨架支承式膜結(jié)構(gòu)由鋼構(gòu)件（如拱、鋼架）或其他鋼性結(jié)構(gòu)起承重作用，膜材主要起圍護作用。
　　3、 索系支承式膜結(jié)構(gòu)主要由索、桿和膜構(gòu)成，三者共同起承重作用。在通常所稱的張拉整體（tensegrity）結(jié)構(gòu)中，如采用膜材，即屬于索系支承膜結(jié)構(gòu)。另外比較流行的索穹頂結(jié)構(gòu)（cabledome）也屬于此類。
　　4、 以空氣作為一種支承方式，是膜結(jié)構(gòu)的一個特點，一般也成為充氣結(jié)構(gòu)，其設(shè)計與構(gòu)造與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有許多不同之處。
　　建筑設(shè)計
　　1、 膜結(jié)構(gòu)建筑的表現(xiàn)方式與一般建筑有所不同，在建筑單位方案設(shè)計階段，就應(yīng)充分考慮到不同表現(xiàn)方式的相容與協(xié)調(diào)，并注意利用膜結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)所具有的形象特點，因勢利導(dǎo)。膜結(jié)構(gòu)建筑的方案設(shè)計應(yīng)由建筑師與膜結(jié)構(gòu)工程師共同完成。設(shè)計時首先應(yīng)考慮膜結(jié)構(gòu)體系的特殊性，從建筑功能和結(jié)構(gòu)受力性能入手，創(chuàng)造出形式完美、構(gòu)造合理的膜結(jié)構(gòu)建筑。
　　2、 各國對于膜材的耐火等級和防火要求各不相同。一般來說，耐火等級與材料價格直接有關(guān)。當(dāng)有條件時應(yīng)盡量采用不然類膜材。當(dāng)永久性建筑采用阻燃類膜材時，尚應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)叵�防部門的要求采取必要的防火措施。
　　3、 結(jié)構(gòu)建筑采用的膜材一般均具有透光特性。由于漫射光的作用，膜材覆蓋的空間內(nèi)將呈現(xiàn)特殊的光學(xué)效果（有明顯光感但無陰影），建筑設(shè)計中應(yīng)予以合理利用。采用雙層膜構(gòu)造時，應(yīng)考慮到透光率的折減。
　　4、膜結(jié)構(gòu)建筑的保溫隔熱性能較差，目前已廣泛使用的膜材，自身并不能較好的隔絕外部溫度的影響。單層膜結(jié)構(gòu)僅適用于敞開式建筑或氣候較溫和的地區(qū)。對于封閉式建筑，應(yīng)注意采用其他構(gòu)造方式解決保溫隔熱問題。雙層膜構(gòu)造可以較好的滿足保溫、隔熱要求，兩層之間的空氣隔離層一般為30cm左右，但應(yīng)注意處理雙層膜內(nèi)部結(jié)露問題。
　　5、膜結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)有足夠的坡度以解決排水問題并預(yù)防積雪。屋面排水設(shè)計從方案階段就應(yīng)予重視，一面造成重大工程隱患。采取有組織排水式時，應(yīng)注意采取對建筑物墻面或地面的防污染措施。
　　從空氣支承膜結(jié)構(gòu)過去發(fā)生的事故來看，大部分是在強風(fēng)或大雪時，膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大變形而使膜材于內(nèi)部或外部物體相碰，在接觸點處膜材受到損壞，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)破壞。因此，膜材與內(nèi)部、外部物體應(yīng)保持一定距離，即使在最不利工況下也不應(yīng)接觸。
　　此外，物體如有尖角、銳角，也應(yīng)加以防護。
　　結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　1、國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068修訂后對結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)X做了兩點改變：（1）X不僅考慮結(jié)構(gòu)的安全等級，而且考慮了結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限；（2）將原標(biāo)準(zhǔn)X取值中的“等于”改為“不應(yīng)小于”，使不同投資者對結(jié)構(gòu)安全度設(shè)計有更多的選擇余地。對于一般工業(yè)與民用建筑膜結(jié)構(gòu)，其安全等級多為二級，其設(shè)計使用年限多為50年，因此其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)不應(yīng)小于1.0；對于設(shè)計使用年限為15~25年的易于更換膜材的膜結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)可適當(dāng)降低，取為不小于0.95；對于設(shè)計使用年限為5年的臨時性的膜結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)重要系數(shù)可取不小于0.9.應(yīng)該指出，膜結(jié)構(gòu)下部的鋼或鋼筋混凝土承重結(jié)構(gòu)，其設(shè)計使用年限仍可采用50年，當(dāng)膜結(jié)構(gòu)達到設(shè)計使用年限時，可以更換膜材，從而達到與下部結(jié)構(gòu)同樣的設(shè)計使用年限。
　　2、本條系根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的規(guī)定，對于承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，分別根據(jù)不同的設(shè)計要求采用不同的荷載組合。結(jié)合膜結(jié)構(gòu)的具體情況，按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，只考慮荷載效應(yīng)的基本組合，采用荷載設(shè)計值和強度設(shè)計值進行計算，不考慮偶然組合；按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，只考慮荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值、組合值和變形限值進行計算，不考慮其他組合。
　　3、本條列出了作用在膜結(jié)構(gòu)上的各種荷載，其中溫度變化、支座不均勻沉降和施工荷載可根據(jù)工程具體情況予以考慮，地震作用在本規(guī)程第5.1.5條中規(guī)律可不考慮。施工荷載可根據(jù)工程安裝的特點確定，有時不僅要考慮均布荷載，還有考慮安裝或檢修時的集中荷載。
　　4、目前，我國的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計都參照國外的設(shè)計規(guī)范進行，荷載組合采用長期與短期兩種情況（日本規(guī)范稱為持久與臨時荷載），并分別規(guī)定了不同的安全系數(shù)。由于膜結(jié)構(gòu)受力具有較強的幾何非線性，其各項荷載效應(yīng)不能進行線性組合，因此本條規(guī)定采用兩種組合類別，其中，第一類組合相當(dāng)于長期（持久）荷載組合，第二類組合相當(dāng)于短期（臨時）荷載組合，并以抗力分項系數(shù)進行調(diào)節(jié)。
　　
　　5、風(fēng)荷載是膜結(jié)構(gòu)的主要荷載。由于膜結(jié)構(gòu)的體型較復(fù)雜，而《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009所提供的建筑體型有限，所以膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載體型系數(shù)一般需要通過風(fēng)洞試驗來確定。當(dāng)所設(shè)計的膜結(jié)構(gòu)為園林景觀小品或臨時性建筑時，可參考以往的工程經(jīng)驗確定風(fēng)荷載體型系數(shù)。
　　6、作為屋面的膜結(jié)構(gòu)多為負(fù)高斯曲率曲面，結(jié)構(gòu)上所受的雪荷載一般為非均勻分布，因此應(yīng)根據(jù)不同的曲面形狀、曲率變化調(diào)整雪荷載分布系數(shù)的取值。
　　7、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了保證結(jié)構(gòu)體系的整體穩(wěn)定外，還應(yīng)保證在局部膜片破壞或局部索推出工作時不致引起結(jié)構(gòu)整體失效。由于膜材在拉力作用下存在松弛、徐變等問題，張拉式膜結(jié)構(gòu)在正常使用1~2年后需要進行第二次張拉，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮兩次張拉對結(jié)構(gòu)整體的影響。
　　由于材料自身存在老化問題，各類膜材均有一定的使用年限。對于永久性建筑，當(dāng)膜材達到使用年限或部分膜片在使用期間出現(xiàn)破損時，需要進行更換，這一點在結(jié)構(gòu)整體設(shè)計時宜予以考慮。
　　空間膜的裁剪制作方法
　　裁剪方法簡介
　　膜結(jié)構(gòu)的裁剪拼接過程無論如何都是會有誤差的，這是因為首先用平面膜片拼成空間曲面就一定會有誤差，其次膜布是各向異性非線性材料，在把它張拉成曲率變化多端的空間形狀時，不可避免的會與初始設(shè)計形狀有出入。迄今為止，已建立了很多種方法來處理這一問題。很難評價哪個方法的精確度一定就高，但還是有幾個標(biāo)準(zhǔn)可以用來判斷這些裁剪方法是否實用。那就是可靠性、靈活性和完成時間。 2．膜結(jié)構(gòu)交互式裁剪過程
　　裁剪縫的布置
　　布置膜結(jié)構(gòu)表面裁剪縫時要考慮以下幾個因素:
　　1）表面曲率 以前的裁剪方法都無法給出曲面任一點處的曲率。而本軟件因為采用的是曲面膜單元，所以可以得到每個單元的曲率。如果相鄰單元曲率相差很大，說明在這個位置，曲面扭曲的很嚴(yán)重，如果裁剪縫在此處不切斷重新開始，那么裁剪膜塊的邊界在此處就會有很大的弧形。從相鄰單元曲率的變化趨勢，可以判斷出測地線的大致走向。
　　2）膜材料的幅寬 找形分析過程中的平面網(wǎng)格劃分時，就要考慮到膜材料的幅寬。盡量使一塊膜布中包含的膜單元是完整的，否則還要通過插值計算確定膜塊邊界點的位置。
　　3）邊界的走向 如果邊界比較平直，可以考慮用一個膜塊的長邊作為這條邊界。否則只能用多個膜塊的短邊拼接成這條邊界。
　　4）美觀 因為膜材料具有透光性，實際結(jié)構(gòu)中可以清楚地看見焊縫，所以裁剪縫的布置一定要規(guī)則、合理，最好能形成一些漂亮的圖案以增加結(jié)構(gòu)的美感。如果膜表面設(shè)置有壓索或脊索， 那么最好使裁剪縫與壓索或脊索重合，使索不至于打亂焊縫的圖案布置。
　　空間膜的維護
　　空間膜結(jié)構(gòu)需要維護的頻度由設(shè)計、功能、美觀、材料和場地環(huán)境等許多因素決定，維護的頻度從“幾乎不用維護”到“定期維護”不等。為了滿足客戶需求，維護的概念設(shè)計應(yīng)該納入到統(tǒng)一的設(shè)計過程中。一年一次的目測檢查和惡劣天氣之后的隨時檢查應(yīng)該滿足的最低要求。
　　需要考慮的六種典型維護要求如下面各小節(jié)所述。
　　1、 清潔
　　膜面上污垢的堆積與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件、膜材特性和膜面的形狀有關(guān)。從技術(shù)的角度看，膜結(jié)構(gòu)不一定需要清洗。對于大多數(shù)膜材而言，清洗不能延長其工作壽命，相反，不恰當(dāng)?shù)那逑催�會縮短其壽命。在設(shè)計和膜材選擇中影響污垢堆積的因素有：
　�。�1） 當(dāng)?shù)氐慕邓�量和頻率。
　�。�2） 空氣污染情況。
　�。�3） 與落葉樹木和粘性花粉樹木間的距離。
　�。�4） 鴿子和海鷗等鳥類的排泄物。
　�。�5） 屋面的傾斜程度（盡量避免較小的坡度,因為降雨不能完全排走，剩余水分的蒸發(fā)后會有污漬殘留）。
　　（6） 涂層不沾灰塵的惰性。
　　（7） 在編織和涂覆前膜材纖維受化學(xué)品污染的程度。
　　為了便于清潔，在設(shè)計階段應(yīng)考慮設(shè)置清洗人員上屋頂?shù)耐ǖ篮捅阌诎踩�索和保險繩固定的連接件。清洗工作應(yīng)該按照加工商提供的操作手冊進行。
　　清潔時應(yīng)該保證不破壞PVDF或FEP等涂層膜材的表面處理層。因此，不可使用擦洗劑、強溶劑、硬刷和高壓水槍。此外，清洗人員在屋面行走時必須穿軟底謝。
　　膜面在潮濕狀態(tài)下會很滑，因此應(yīng)使用安全繩及防墜網(wǎng)等安全措施�？紤]到在清洗老舊建筑時可能發(fā)生斷裂等破壞，故應(yīng)在其下面布置安全網(wǎng)。
　　與家用肥皂或餐具清潔劑相比，一般的膜材清洗劑通常是相對安全的，但也必須避免其與皮膚、眼睛和粘膜的長期接觸。
　　必須嚴(yán)格遵守清洗劑供應(yīng)商提供的安全使用說明。
　　清潔手冊一般包括下列內(nèi)容：
　　(1) 大顆粒積灰應(yīng)該用清水沖洗。
　　(2) 使用加工商指定的清洗劑并配套使用相應(yīng)的軟刷、海綿以及清洗設(shè)備清洗膜面，并用清水沖洗以便在膜面干燥（考慮到風(fēng)和太陽的作用）前將灰塵和清洗劑沖走。
　　(3) 讓清洗劑作用幾分鐘，但是要避免清洗區(qū)域被風(fēng)干。
　　(4) 對于頑固污漬可能需要高濃度清洗劑（可以參考生產(chǎn)商的說明和膜材樣本的測試）刷洗，但要避免刮掉膜材的面層。
　　(5) 用清水沖洗清洗過的膜面直至沒有清洗劑殘留在膜面上為止。
　　使用清洗機很有可能會損壞涂層甚至沖漏膜材。為避免其發(fā)生，清潔機應(yīng)配上安全防護裝置以使噴水嘴不致距膜面太近。一個簡單且便于判別的準(zhǔn)則是能使皮膚感覺疼痛的物體都可能對膜材造成損害。
　　2、 腐蝕
　　應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境來選擇防腐措施和防腐材料。定期檢查支承結(jié)構(gòu)、索（特別是那些深入固定端的）、夾板和螺栓連接等處的腐蝕情況。若有腐蝕發(fā)生，首先應(yīng)該除去腐蝕層，然后重新做好表面的防腐處理。若螺栓連接發(fā)生腐蝕，則應(yīng)予以替換。
　　3、 排水和積水
　　由于荷載作用下膜材會產(chǎn)生變形，膜面坡度較小處可能會有積水。降雨或者降雪較大及雪融后，應(yīng)對張拉膜結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測以避免產(chǎn)生積水。
　　如果產(chǎn)生積水，必須立即清除積水或積雪。如果雨雪天氣持續(xù)不斷，積水會使膜材破壞，故要對公眾關(guān)閉膜面覆蓋的空間，并立即采取措施避免新的積水。
　　如果屋頂設(shè)有排水道，就必須定期予以檢查和清掃，使其不致因樹葉或其他雜物堆積而堵塞。
　　4、 預(yù)應(yīng)力和二次張拉
　　膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定依賴于膜內(nèi)預(yù)應(yīng)力的保持。預(yù)應(yīng)力的水平影響膜在荷載作用下的變形。如果預(yù)應(yīng)力太低，膜就會產(chǎn)生較大位移，在風(fēng)作用下發(fā)生顫振。
　　因為膜材在荷載的持續(xù)作用下會產(chǎn)生松弛和徐變，所以在使用期間膜內(nèi)預(yù)應(yīng)力會發(fā)生變化。用于特定結(jié)構(gòu)的膜材性能可以通過雙軸試驗來確定，并應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力設(shè)計中。處理膜材料在使用期內(nèi)產(chǎn)生的松弛和徐變的處理方法有兩種，其一是安裝時施加一個較高的初始應(yīng)力，其二是使用一段時間之后實施二次張拉。
　　負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程師必須預(yù)先給出施工完成后的預(yù)應(yīng)力水平，以便在結(jié)構(gòu)建成后進行核實。而且工程師也必須確定每隔多長時間用何種方式量測一次預(yù)應(yīng)力水平。
　　預(yù)應(yīng)力水平監(jiān)測既可以通過推動膜材或者感覺扣帶（非常小的結(jié)構(gòu)）對側(cè)向位移的抵抗力等簡單方法得到，也可以通過張力計、測壓元件或者幾何測量的方式進行現(xiàn)場測試得到。
　　何時需要對結(jié)構(gòu)實施二次張拉由維護設(shè)計確定的預(yù)應(yīng)力水平?jīng)Q定。只有設(shè)計了可調(diào)節(jié)的部件（比如：索頭的花籃螺栓、支承柱的伸縮桿等）才可能實現(xiàn)二次張拉。很多結(jié)構(gòu)都被設(shè)計成使用壽命內(nèi)能夠保持最小預(yù)應(yīng)力。二次張拉常常不能實現(xiàn)。對于這種情況，雙軸測試和膜材裁剪的長度補償及加工制作中的容差控制都應(yīng)該予以特別重視或采用特殊方法。
　　5、 修補
　　在安裝過程中會有意或無意地造成膜面出現(xiàn)較小損傷，此時可以進行現(xiàn)場修補。應(yīng)該對基層纖維布和涂層進行定期檢查。對于小的裂口或長度小于5cm的小洞可以直接在膜面外側(cè)加焊補丁予以修復(fù)，補丁必須作圓角處理。應(yīng)將焊接面的塵土、油脂和油漬手印清理干凈。修補工作應(yīng)該由經(jīng)驗豐富的員工完成。
　　修補PVC膜材一般采用熱氣焊。焊接區(qū)內(nèi)的PVDF面層必須仔細地予以去除。隨著紫外線的長期作用PVC涂層會變脆，在老舊膜屋面上進行焊接比較困難且焊縫不穩(wěn)定。因此一些加工商推薦采用膠粘修補。
　　PTFE膜材應(yīng)該按規(guī)定的加熱和冷卻循環(huán)程序進行焊接。焊接時應(yīng)在屋頂膜面和補丁間增加FEP或PEA助焊層。
　　膜材加工商應(yīng)為業(yè)主提供少量原始材料以確�，F(xiàn)場隨時備有用于修補的膜材。備用材料應(yīng)存放于陰涼干燥的環(huán)境中。
　　6、 替換
　　在結(jié)構(gòu)的整個使用期內(nèi)保留所有的加工圖可使膜的替換非常簡單。單需對采用的新膜材重新進行試驗以確定其補償值。如果原幅寬的膜材缺貨，則需要重新進行裁剪設(shè)計。也可能需要根據(jù)現(xiàn)有支承結(jié)構(gòu)的具體尺寸重新進行結(jié)構(gòu)找形。
　　在替換之前，需對鋼框架、鋼索、夾板、螺栓、螺母和墊圈等其他結(jié)構(gòu)元件進行檢查以便決定是繼續(xù)使用還是予以更換。對繼續(xù)使用的夾板和鋼件都應(yīng)進行清洗，并檢查是否發(fā)生了腐蝕。應(yīng)將所有的腐蝕層予以除去，并采取充分的保護措施。腐蝕嚴(yán)重的構(gòu)件和已損壞鋼索等應(yīng)予以全部替換。
　　為了對其他構(gòu)件進行充分地維修或替換，建議在新膜材到貨之前就拆除舊結(jié)構(gòu)。