在薄膜结构中,薄膜既是结构材料,又是建筑材料。作为结构材料,薄膜具有足够的强度,以承受由于自重、内压或预应力、风、雪等作用产生的拉力;作为建筑材料,它又具有防水、隔热、透光或阻光等建筑功能。膜材料作为膜结构的灵魂,它的发展与膜结构的技术密切相关、互相促进的。
在薄膜结构中,薄膜既是结构材料,又是建筑材料。作为结构材料,薄膜具有足够的强度,以承受由于自重、内压或预应力、风、雪等作用产生的拉力;作为建筑材料,它又具有防水、隔热、透光或阻光等建筑功能。膜材料作为膜结构的灵魂,它的发展与膜结构的技术密切相关、互相促进的。膜的材料分为织物膜材和箔片两类。高强度箔片近几年才开始应用于结构。织物是由纤维平织或曲织生成的,织物膜材已有较长的应用历史。结构工程中的箔片都是由氟塑料制造的,它的优点在于有很高的透光性和出色的防老化性。
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,所以造价略骨架式膜结构。
膜结构又叫张拉膜结构(Tensioned Membrane structure), 张拉膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。
只有正确表达结构逻辑的建筑才有强大的说服力与表现力”这句话揭示了张拉膜结构的精髓。对于张拉膜结构,任何附加的支撑和修饰都是多余的,其结构本身就是造型;换句话说,不符合结构的造型是不可能的,因为那样的薄膜不是飘动的就是缺乏稳定性的。张拉膜结构的美就在于其“力”与“形”的结合。张拉膜结构的基本组成单元通常有:膜材、索与支承结构(桅杆、拱或其他刚性构件)。
当膜结构在平衡位置附近出现变形时,可产生两种回复力:一个是由几何变形引起的;另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,所以要使每一个膜片具有良好的刚度,就应尽量形成负高斯曲面,即沿对角方向分别形成“高点”和“低点”。“高点”通常是由桅杆来提供的,也许是由于这个原因,有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构(suspension membrane)。索作为膜材的弹性边界,将膜材划分为一系列膜片,从而减小了膜材的自由支承长度,使薄膜表面更易形成较大的曲率。有文献指出,膜材的自由支承长度不宜超过15米,且单片膜的覆盖面积不宜大于500平米。此外,索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑,从而不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。