膜结构是应用于建筑工程领域中的一种类别， 由膜结构的造型设计、力学分析、 裁剪设计及膜成品制作及安装， 支承结构或构件的制作及安装工程等组成， 是集建筑学、 工程结构学、 材料学等学科为一体的多学科交叉应用工程。
简介
膜结构是应用于建筑工程领域中的一种类别， 由膜结构的造型设计、 力学分析、 裁剪设计及膜成品制作及安装， 支承结构或构件的制作及安装工程等组成，是集建筑学、 工程结构学、 材料学等学科为一体的多学科交叉应用工程。
膜结构工程的特性：
膜结构工程作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。 恰由于此， 用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。
1、 轻质： 膜材料张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。 从而使其自重比传统建筑结构的小得多， 但却具有良好的稳定性。 建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件， 将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。
2、 透光性： 透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。 膜材的透光性可以为建筑提供所需的亮度， 这对于建筑节能十分重要。 对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。 通过自然采光与人工采光的综合利用， 膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。 夜晚， 透光性将膜结构变成了光的雕塑。
膜材透光性是由它的基层纤维、 涂层及其颜色所决定的。 标准膜材的光谱透射比在 10%~20%之间， 有的膜材的光谱透射比可以达到 40%， 而有的膜材则是不透光的。 膜材的透光性及对光色的选择可以通过涂层的颜色或是面层颜色来调节。
通过膜材和透光保温材料的适当组合， 可以使含保温层的多层膜具有透光性。即使光谱透射只有几个百分点， 膜屋面对于肉眼来说依然是发亮和透光的， 具有轻型屋面的观感。
3、 柔性： 张拉膜结构不是刚性的， 其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。 膜结构通过变形来适应外荷载， 在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小， 直至能更有效抵抗该荷载。
膜结构的柔性使其在任一荷载作用下均以最有利的形态承载。 当然， 结构的布置和形状要根据荷载情况来进行设计和调整。 设计要确何膜面与其辅助结构协调工作， 以避免力在膜面或辅助结构上集中而达结构破坏的临界值。
张拉结构的灵活性使其可以产生很大的位移而不发生永久性变形。 膜材的弹性性能和预应力水平决定了膜结构的变形和反应。 适应自然的柔性特点可以激发人们的建筑设计灵感。不同的膜材的柔性程序也不相同， 有的膜材柔韧性极佳， 不会因折叠而产生脆裂或是破损， 这样的材料是有效实现可移动、 可展开结构的基础和前提。
4、 雕塑感： 张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。 膜面通过张力达到自平衡。 负高斯膜面高低起伏具有的平衡感使体型较大的结构看上去像摆脱了重力的束缚般轻盈地雕塑般的质感令人激动飘浮于天地之间。 无论室内还是室外这种雕塑般的质感都令人激动。
张拉膜结构可使建筑师设计出各种张力自平衡、 复杂且生动的空间形式。 在一天内随着光线的变化， 雕塑般的膜结构通过光与影而呈现出不同的形态。 日出和日落时， 低入射角度的光线将突现屋顶的曲率和浮雕效果， 太阳位于远地点时，膜结构的流线型边界在地面上投入弯弯曲曲的影子。 利用膜材的透光性和反射性，经过设计的人工灯光也可使膜结构成为光的雕塑。
5、 安全性： 按照现有的各国规范和指南设计的的轻型张拉膜结构具有足够的安全性。 轻型结构在地震等水平荷载作用下能保持很好的稳定性。由于轻型结构自重较轻， 即使发生意外坍塌， 其危险性也较传统建筑结构小。膜结构发生撕裂时， 若结构布置能保证桅杆、 梁柱等刚性支承构件不发生坍塌，其危险性会更小。
6、 功能： 由于张拉膜结构的自身特性， 其可以满足从简单遮阳结构到功能复杂的大型建筑等许多不同的建筑功能要求， 并形态极具表现力且对于有些功能要求只有它才是最为适合的。
7、 极具表现力的建筑形态： 具有特定功能的建筑都可通过立意得以表达，张拉膜结构的独特外形体现了建筑自身的自然美感。这些建筑形态本身和与其相协调的传统建筑一起构成了令人兴致盎然的地面标志性建筑。优秀的膜结构设计是结构与外形的有机融合， 使其显得了类拔萃，同时与自然环境、 历史及现代的城市景观有机结合。轻型结构可以看成是大型的雕塑作品， 可为其周边空间增添活力， 成为周围环境的补充和焦点。
8、 抵御天气的影响： 膜屋面的一个重要作用就是抵御各种天气变化（如日晒、 雨淋、 风雪等） 对其内部空间的影响， 保持建筑物内部的舒适性。 选择膜面的形态和材料时要考虑到所有可能的天气状况， 并尽可能利用建筑本身等被动方法来减少能量的消耗。
多孔膜材可用作遮蔽结构。它可以控制光的透射和反射， 使室内拥有散射光，并且促进自然通风， 使屋面温度与周围环境的温度相同， 并避免向下的热辐射。为了抵挡风雪， 膜面的外形应使排水通畅使捷， 避免在其上形成水兜或雪的堆积。 在施加预应力前的安装成形阶段， 张拉膜结构对这些荷载十分敏感。 为了能将雨水排除， 膜材和接缝须密封防水， 膜边缘也必须进行特殊的细部设计， 以防止雨水进入室内。
9、 可移动性和临时性： 与其它结构相比的另一个突出优势是轻型结构对环境的影响具有可调和性。 另外它还有两个重要的特性， 即可移动性和灵活性。结构可以在不同的地点反复拆建， 这就是张拉膜结构的可移动。 它将游牧式与定居式的建筑融为一体。 膜材轻柔的特点使其方便运输， 且易于迅速搭建， 而闲置时占用空间很小。 这种特性使膜结构十分适于用作临时性可移动建， 特别是在发生突然灾难或遇到紧急情况而需要在短时间内为大量人员提供庇护所的时候。
另一方面， 可移动薄膜结构除具有与永久建筑相媲美的舒适性外， 它还引入了建筑行业的一个新概念， 即将房屋的所有权与土地的所有权相分离。 建筑不再是不可移动的， 而是可移动的。 这种可移动性和可重复使用的特点对加速现代城市的发展和建筑功能在某些特殊领域中的转变具有重要的意义。
10、 可展性和自适应性： 可展结构可以看作是一种人造的自适应体系， 同许多自然有机体一样， 可根据需要改变自身的形式。 它们的空间布置和对天气变化的反应具有灵活性和自适应性。 通过控制自然光和内部温充可达到主动节能的目的。 可展结构即可开敞也可闭合， 它的灵活性使其可以改变空间的属性。 精心设计的可展屋盖的优雅滑动体现了人与自然的和谐。 它被称作是一种创造， 轻型与可展性的充分结合形成了“ 免施工房屋” 的概念， 这种结构任何需要的时间或地点均可实现。
膜结构设计
一、 膜结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法， 用分项系数的设计表达式进行计算。
二、 膜结构应根据建筑物的性质和等级、 使用年限、 使用功能、 结构跨度、 防火要求、 地区自然条件及膜材的耐用年限等要求进行膜材选用。
三、 膜结构的设计应根据荷载、 支承条件、 制作加工、 施工工况及其它特殊条件进行。
四、 膜结构的设计内容包括形状设计、 荷载分析、 裁剪设计、配件设计、 支承结构设计。
五、 对膜结构的形状设计、 荷载分析、 裁剪设计，应在考虑施工过程的基础上进行一体化的设计。
六、 膜材只能承受拉力， 不能承受压力和弯矩。
七、 膜面的最大主应力应小于膜材的强度设计值， 在荷载长期作用下， 最小主应力应大于等于维持其初始平衡形状的应力值。
八、膜结构一体化设计时， 应考虑膜材的松弛、 徐变、 老化。
九、 膜结构设计时，应考虑使用阶段膜材替换对整体结构的影响。
十、 膜结构设计应考虑膜材破坏时， 支承结构仍应保持自身的强度、 刚度及稳定性。膜结构工程的应用范围
1. 娱乐空间
近年来， 随着建筑空间观念的日益深化以及科学手段的不断提高，回归自然; 沐浴自然之温馨; 已是现代建筑环境学发展的主流。 室内外的视线越来越模糊， 出现了许多亦内亦外、 相互渗透的不定空间，如： 天井、 四季厅、 动植物园、 体育、 文化娱乐场所等。 由于膜材的光透性， 白天阳光可以透过膜材形成慢射光， 使室内达到和室外几乎一样的自然效果， 因此膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式。
2. 标志性小品
一个城市的中心区反映一个城市的地理风貌和民族风情， 同时， 也是一个城市文化发展程度的标志。 而景观设计要求其具有广泛的可读性、 雅俗共赏， 既有超凡脱俗的艺术价值， 又能使大众喜闻乐见与大众息息相通。 膜结构以其鲜明的个性和标识性， 应用于城市小品设计中。
3. 绿色漫步道
近年来， 在人口密集的大城市， 在居住区周边配置绿色空间并有人行步道。居民可以在不受车辆的影响下， 在居住区附近的街心地带轻松愉快地散步、休憩，而感到十分惬意。 在绿色空间中构造一座膜小品， 即生动的美化了环境; 如同广阔绿洲中的点点白帆， 又有很强的功能性;人们可以在行走之暇小憩一会儿。
4. 商业街
商业街在城市中占有相当大的比重。 商业街的建筑与环境是城市文明的窗口，代表着物质文明和精神文明的水平， 同时， 也是景观环境的重要组成部分。 膜结构轻巧别致极具现代化风格， 且易于安装移动， 在商业街设计中得以广泛应用
5. 建筑入口
建筑入口使城市公共空间与建筑空间相邻的界面， 成为城市空间的组成部分。它是人们视觉最先接触的部分， 因此， 除了功能以外， 还应有很强的标识性， 并能体现建筑的个性， 是建筑环境和城市景观的重要组成部分。 由于膜结构独特的造型是其他结构类型无法比拟的， 故成为近来建筑入口经常采用的形式。
6. 步行街
利用膜结构轻巧， 别致的造型建造各种半封闭， 全封闭的不行空间， 使其形成全天候的建筑空间， 提供防风雨， 防日晒等人工环境， 并有较好的标识招揽效果， 因此是步行街改造和新建的绝佳选择。
7. 停车棚
停车场随着都市现代化步伐的加快, 汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。 我国由于汽车工业高速发展， 城市的汽车拥有量成倍上升， 但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求， 常常是车无停放之地。 所以在建设群规划时就应充分考虑停车场的问题， 把停车场的建设和规划当成现代城市建设规划的重要组成部分， 变得越来越重要。同样， 膜结构在停车场建设中也担当重要角色!膜结构车棚以新颖， 耐用，自洁， 20 年不变色而在现在中国各大城市得到大规模的推广！ 我国由于汽车工业高速发展， 城市的汽车拥有量成倍上升， 但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求， 常常是车无停放之地。 膜结构车棚可以解决城市停车难的大问题， 所以膜结构车棚以新颖， 耐用， 自洁， 20 年不变色而在现在中国各大城市得到大规模的推广！
8. 其它适用范围：
体育设施： 体育场、 体育馆、 健身中心、 游泳馆、 网球馆、 训练中心、 高尔夫球场等。
商业设施： 商场、 购物中心、 酒店、 餐厅、 商业街等。
文化设施： 展览中心、 剧院、 会议厅、 博物馆、 植物园、 水族馆、 表演中心、
旅游区、 度假山庄、 舞台、 音乐广场等。
交通设施： 机场、 火车站、 公交车站、 收费站、 码头、 加油站、 停车场等。
工业设施： 工厂、 仓库、 科研中心、 外理中心、 温室、 物流中心、 大型停车棚。
景观设施： 建筑入口、 标志小品、 步行街、 房地产公司、 小区花园等。
膜结构安装流程：
1、 在基础工程或主体结构施工完成后， 进行膜支承结构的安装， 并完成局部补油漆、 进行防火处理等；
2、 测量支承结构及连接节点的几何并与设计值比较， 对找形结果进行必要的修正； 按修正后的形状进行裁剪设计， 加工制作膜面； 如膜面先于支承结构完工已开始制作， 应通过其他方案如更换连接件等规格等来纠正偏差；
3、 将加工好的膜成品按施工组织设计的要求折叠、 包装， 并做好标示； 运输至安装现场；
4、 清理现场， 在地面铺垫保护材料； 向工人讲解工序及分工； 展开膜面，进行如在膜面打孔、 穿钢索、 安装膜角节点板或膜夹板等准备工作； 在支承结构上绑扎绳网以临时支承展开的膜面；
5、 准备工作就绪后， 吊装机械就位， 吊装并对角点作临时固定；
6、 逐步均衡张拉， 给膜面施加预张力；
7、 对边角及有褶皱的区域进行局部张拉调节， 并最终固定膜面及节点； 完成雨水系统安装及防水覆盖等；
8、 清洗内外膜表面。
膜结构施工步骤
一、 膜材裁剪、 包装及运输
索膜结构体形通常都较为复杂， 各种角度变化较多， 且加工精度要求非常高。在制作过程中要加强质量管理， 保证制作精度。 在膜结构制作前， 需要对工程所用膜材及配件按设计和规范要求进行材质和力学性能检验， 如膜材的双向拉伸试验。 膜材加工制作要严格按设计图纸在专业车间由专业人员制作。 由于索膜结构通常均为空间曲面， 裁剪就是用平面膜材表示空间曲面。 这种用平面膜材拟合空间曲面的方法必然存在误差， 所以裁剪人员在膜材裁剪加工过程中加入一些补救措施是相当必要的。 对已裁剪的膜片要分别进行尺寸复测和编号， 并详细纪录实测偏差值。 裁剪作业过程中应尽量避免膜体折叠和弯曲， 以免膜体产生弯曲和折叠损伤而使膜面褶皱， 影响建筑美观。 膜片下料完成后再根据排水方向和膜片连接节点确定热熔合方案。 在正式热合加工前， 要进行焊接试验， 确保焊接处强度不低于母材强度。
经检验合格的成品膜体， 在包装前， 应根据膜体特性、 施工方案等确定完善的包装方案。 如聚四氟乙烯为涂层的是玻璃纤维为基层的膜材料可以以卷的方式包装， 其中卷芯直径不得小于 100mm， 对于无法卷成筒的膜体可以在膜体内衬填软质填充物， 然后折叠包装。 包装完成后， 在膜体外包装上标记包装内容、 使用部位及膜体折叠与展开方向。 在膜材运输过程中要尽量避免重压、 弯折和损坏。同时在运输时也要充分考虑安装次序， 尽量将膜体一次运送到位， 避免膜体在场内的二次运输， 减少膜体受损的机会。
膜材加工制作工艺漉程为： 膜裁剪出图; 审图; 膜加工技术交底; 检验; 放样; 裁剪; 膜材预拼装; 膜材热熔合;边缘加工; 成型尺寸复核; 清洗; 包装; 出厂。
二、 支承结构安装 张拉索膜结构的支承可分为刚性边界和柔性边界。 支承结构安装误差的大小， 不仅直接影响建筑的外观， 还影响结构内预应力的分布，严重者将影响结构的安全性。 在安装支承钢结构前， 应按规范和设计要求对钢结构基础的顶面标高、 轴线尺寸做严格的复测， 并作复测纪录。支承结构安装工艺流程为： 钢结构预埋交底; 钢结构预埋→ 钢结构
制作; 基础预埋复核; 构件防腐涂装; 构件防火涂装; 构件吊装。
三、 膜体安装
膜体进场安装前， 应组织项目有关人员对施工方案进行评审， 确定详细的安装作业与安全技术措施。 先复核支承结构的各个尺寸， 使每个控制点的安装误差均在设计和规范允许的范围内； 对膜体及配件的出厂证明、 产品质量保证书、 检测报告及品种、 规格、 数量进行验收； 检查膜体外观是否有破损、 褶皱， 热熔合缝是否有脱落， 螺栓、 铝合金压条、 不锈钢压条有无拉伤或锈蚀， 索和锚具涂层是否破坏。
在组织验收构件的同时， 还应根据场地条件和施工方案搭设膜体展开平台，安装安全网。 对大型的张拉膜结构， 要收集安装期间的气象信息。 安装过程中要密切注意风向和风速， 避免膜体发生颤动现象。 在强风或大雨天气要及时停止施工， 并采取相应的安全防护措施
膜结构环境工程
膜结构环境工程采用钢结构支撑反吊 UV 光固化形式轻而易举地解决了钢结构的腐蚀问题。 该结构巧妙的应用“ 反吊” 技术， 采用抗腐蚀能力极强的 UV 光固化膜材将污气罩住， 普通钢结构在 UV 光固化膜的外面将膜体悬吊起来， 这样既最大限度的发挥了 UV 光固化膜材的抗腐蚀性能， 又从根本上解决了钢结构的受腐蚀问题。 因 UV 光固化膜使得钢结构和腐蚀性的污气彻底隔离开来，从而从根本上解决了污气对钢结构的腐蚀问题， 使得钢结构可以按普通钢结构的防腐等级进行设计， 轻松的使在这种高腐蚀的环境中的使用寿命达 50 年。 从而实现了简单结构和彻底除臭的完美结合。
反吊氟碳纤维膜
使用年限长： 膜材料使用年限达 20-25 年， 钢结构使用年限达 50 年；适用于大跨度池体： 膜材经过特殊的 UV 光固化处理和防霉、 防腐及防菌处理后防腐性能十分优越， 自重很轻， 抗 拉强度高， 对大跨度结构极具优势；制作
简单： 钢结构的制作和膜材的制作都在工厂进行， 质量有保障；
安装快捷：加工好的钢结构和膜材运到现场后， 可以很方便的进行安装， 基本不占用现场场地， 现场安装时间极短， 尤其是旧池改造工程， 可以采用整体吊装， 不影响池体设备的运转。
检修方便： 边膜上可以预留检修门和检修通道， 方便定期对设备维修和检查， 不影响污水处理池的运转。
膜材颜色多样： 通过直接和膜材厂商定制膜材， 反吊氟碳纤维外表面颜色可以采用白色及红色、 蓝色和黄色等各种颜色， 轻松的使污水池变成美化环境的一景。
环境膜材的特点
高强低纱聚酯丝及优质的 PVC 涂层、 高强度低纱聚酯丝不但具备抗拉强度高、曲挠性好、 材质轻、 韧性好等特点， 还具有良好的抗撕裂、 抗剥离、 耐折、 耐磨、耐腐蚀、 耐油性、 无毒无异味及气密性好等性能， 优质的 PVC 涂层改进了传统涂层的表面特性， 具有优良的抗污染能力和自洁功能， 增强了抗氧化性， 有效的防止 PVC 的老化， 延长了使用寿命。UV 光固化表面处理UV 光固化环境膜材料， 运用先进的 UV 光固化处理技术， 有效提高有机涂层的户外耐久性， UV 吸收剂还起到外用光滤剂的作用， 可阻止有害的阳光辐射进入膜材基材， 有效提高了有机材料的耐老化性能， 在不同的温度环境下均能保持稳定的物理性能。 具有良好的酸碱条件下的化学稳定性， 从而大大提升了材料在
强腐蚀、 强酸碱、 盐雾的恶劣条件下的使用寿命。
UV 光固化环境专用系列膜材在 PVDF 涂层上添加了特殊的改性助剂， 既提高了膜材的自洁性又可直接焊接， 同时改性助剂与 PVC 层内添加剂协同作用， 使PVDF 与 PVC 涂层的结合更加牢固， 抗剥离强度更高， 使涂层表面不易剥离、 脱落， 不再需要涂覆底料层。 双面 PVDF 涂层除具有良好的自洁功能外， 还对膜材顶面和地面具有良好的保护作用。
UV 光固化膜材采用高品种低纱高密度聚酯丝（HT-PESLO?WICK）， 并配合高性能防毛细、 防霉助剂彻底消除了膜材因侧渗而产生的发霉和脱落现象。
环境工程应用
1. 污水处理、 垃圾处理等领域的臭气、 废气收集贮存；
2. 化工、 冶炼、冶金行业低压腐蚀性气体的贮存和收集。
膜结构工程保养基本概念
膜结构产品作为新材料、 新建筑已被推广应用， 基于表面经过特殊罩光处理的膜材具有寿命长及自洁性好等特点， 使得本产品有别于常见的普通建筑。
膜结构维护
1、 工程维护一般要求
膜结构工程的保护和维护。 膜材表面不应与刀子、 锐器接触， 以免划破及磨伤膜材表面。 一旦发现膜材被划破、 严重磨伤等现象时， 应及时采取有效措施以免磨伤更加严重， 同时通知厂商派人修复， 钢构件表面不得遭受硬物打击与划伤，不得接触各种酸性、 碱性和有机溶剂。
2、 膜材表面需清洗、 打扫时：
a. 工人不应穿硬底鞋直接接触表面， 防止沙土磨伤表面， 严重磨刮膜表面。
b. 清洗膜表面时， 应用清水或中性清洗剂， 不宜用如： 汽油、 酒精、 氯水等酸性或碱性材料液剂清洗。
c. 膜表面不宜长时间堆放异物如： 铁件、 化学物品或其它带颜色的材料等。
3、 对结构中的钢结构、 钢索、 夹板及螺栓等部件在未经厂商认可的情况下不得任意调整、 拆卸。
4、 未经许可不许在膜材上随意牵拉、 悬挂重物及物品。
5、 用户应定期（半年至一年） 对钢结构安全进行防锈及维护， 确保结构安全， 防止锈水滴落膜材表面。