膜构造在我国的运用始于1996年前后。在此之前，只有极少量采取织物质料的由闇练工人或裁剪师傅制作和安装的小品膜构造建筑。1996年，上海陆家嘴中心绿地公园建成了一个膜构造小品（图1，图名括号中为建造韶光），这一小品涌如今很多宣扬浦东开放的印刷宣扬品上，自此膜构造这一采取分外织物质料的建筑类型才引起"大众和建筑构造专业人士的关注。
图1 上海陆家嘴中心绿地公园膜构造小品 (1996年)
1996年起，膜构造在我国逐渐开始运用于大型运动场馆建筑，1996~1999年间建成的较有影响的大型膜构造建筑有上海八万人运动场（图2）、青岛颐中运动场（图3）、杭州拍浮馆（图4）等。
图2 上海八万人运动场 (1996年)
图3 青岛颐中运动场 (1998年)
图4 杭州拍浮馆 (1999年）
2000年后，膜构造在我国各种体育、展览、文化等建筑中开始得到非常迅速的发展和运用，这一发展势头一贯持续至今。目前，险些所有的建筑师和工程师对膜材料的类型、性能和膜构造的特点都有了较深入的理解。过去二十年中，发展出了数百家膜构造专业制作和安装企业；近十年来，膜构造材料生产企业也异军突起、发展迅速；地方和团体膜构造技能标准也已陆续颁布履行；海内自主研发的膜构造设计专业软件也日渐成熟，得到了广泛运用。
膜构造建筑在我国的工程运用小品和功能性膜构造建筑
小品膜构造和功能性膜构造建筑险些遍布大江南北，街头或公园雕塑、遮雨棚、露天车库棚、门廊、收费站、加油站等膜构造随处可见，图5为一些这类建筑的图片。
图5 小品和功能性膜构造建筑
北京都城国际机场T3航站楼收费站的膜构造建筑（图6）建于2007~2008年，建筑面积3500m2，采取ETFE和PTFE膜材交错支配，展开面积3385m2。支承构造体系类似于悬索桥，两端由两个梭形桅杆作为桥塔，跨度166m。前后为边环索，每根桅杆顶部交叉下拉7根吊索与前后边索相连，膜顶中间设置谷索，谷索与边环索之间由联系索联结，每根桅杆顶部有两根下拉索与外侧的锚座节点相连保持平衡。
图6 北京都城国际机场T3航站楼收费站的膜构造
商业和办公用膜构造建筑
膜材料在我国商业和办公建筑中的运用始于1999年。表1列出了展开面积超过1000m2的多少范例商业和办公用膜构造。
多少范例商业和办公用膜构造建筑 表1
注：表中T为张拉构造；F为刚性支承构造；H为稠浊构造。
图7为2012年建成的天津金地紫乐商业广场屋盖。膜构造支承构造为单层网壳体构造，网壳纵横向均由工字形钢焊接而成，网壳平面呈不规则多边长方形，长向约110m，短向约60m，全体网壳由5根Y形支撑钢柱与7根钢柱支撑于二层或三层屋面上。网壳上面沿短向用φ60钢管或12mm厚钢板焊成支撑膜或连接膜用的二次钢构造，膜面直接覆盖在二次钢构造杆件上，以网壳构造体作为膜构造支承体系，膜通过二次钢构造连接于主体钢构造上，为范例网架骨架式索膜构造体系。全体膜面有7个构造单元，各个单元单独受力、自成体系。
图7 天津金地紫乐商业广场屋盖膜构造
文化展览用膜构造建筑
文化和展览建筑是膜构造的一个主要运用领域。表2列出了多少较大面积的这类膜构造运用实例。
多少较大面积的文化展览用膜构造建筑 表2
图8为2001~2002年培植完成的位于郑州市中央城区的郑州杂技馆，是海内第一个膜构造建筑形式的杂技馆。其主体建筑面积3525m2，膜体投影面积3125m2，主体用钢量120t。平面呈近似圆形，圆半径为33m，在膜顶90m2范围内，造型出五峰突兀。膜构造为全覆盖全封闭形式，设有组织排水、暗藏排水布局。膜体支承体系为全格构式相贯线焊接柱、梁组成，共有11根柱，11根纵向梁，在11根纵向梁上部增设膜脊梁顶升布局（当膜体后期松弛时，可知足二次张拉），由2圈环梁、1个顶部平台、膜体张拉系统组成，同时配置相应的事情通道、悬挂系统。工程采取PVC膜材，膜屋面展开面积3660m2，全部在工厂加工成一个整膜体，到现场整体吊装。
图8 郑州杂技馆膜构造
图9为2001~2003年培植完成的南宁国际会议会展中央，建筑面积11万m2。膜构造支承体系为净高48m的钢构造穹顶，上部外径约为21m，内径约为13m；下部外径约为72m，内径约为54m。采取PTFE膜材，外膜展开面积约9650m2，内膜展开面积约3900m2。该项目是中国自行建造的第一个PTFE膜项目。
图9 南宁国际会议会展中央膜构造
机场和车站膜构造建筑
机场和车站中也有一些膜构造建筑的运用。表3列出了大部分这类膜构造工程实例。
部分机场和车站膜构造建筑运用实例 表3
注：A为充气构造。
图10所示为北京西二旗城铁站膜构造工程。膜构造建造起止韶光为2010~2012年，建筑面积22000m2，PTFE膜材展开面积为15043 m2。主体膜构造部分南北长约120m，划分为36个脊谷式膜构造单元；东西方向宽约54.5m，屋盖顶面、东立面及西立面均由钢索（脊索、谷索或外拉索）和刚性构件（脊梁或下拉杆）围成一系列的手风琴式褶皱，局部采取双层膜材。
图10 北京西二旗城铁站膜构造
运动场
膜构造在海内运用最为广泛的领域是运动场。海内第一个建成的运动场构造是1996年的上海八万人运动场（图2），由境外企业制作安装。其后，膜构造在运动场建筑中得到了非常广泛的运用。表4给出了海内建成的大部分膜构造运动场工程。以下先容一些不同期间建成的范例运动场膜构造。
膜构造运动场工程运用实例 表4
青岛颐中运动场
图11所示的青岛颐中运动场[4]建造起止韶光为1998~2000年，建筑面积62630m2，PVC膜材展开面积42000 m2。构造支承体系由中央环索及60个锥状膜体组成脊谷式张拉整体式膜构造。平面呈椭圆形，长轴266m，短轴180m；钢构造外环顶点标高42.5m，内环索标高约36.5m，蓬盖悬挑沿周边均约40m旁边。该项目是我国第一个自行设计施工的大型膜构造运动场。2013年，运动场屋面PVC整体进行了改换。
图11青岛颐中运动场膜构造示意图
国家运动场鸟巢膜构造
图12所示的国家运动场鸟巢膜构造[11-12]建造起止韶光为2006~2008年。建筑面积25.8万m2。屋盖构造的平面投影为椭圆形，长轴333m，短轴290m。运动场屋面膜构造可分为屋面围护膜，声学吊顶膜。个中屋面围护膜构造采取单层ETFE膜材，约42000 m2，声学吊顶膜采取单层PTFE膜材，约53000 m2。
（a）全景
(b)内景
图12 国家体育（鸟巢）场膜构造屋面
盘锦运动场
盘锦运动场（图13）建造起止韶光为2012~2013年，建筑面积60570m2，PTFE膜材展开面积26000m2。运动场采取椭圆形马鞍面支配，由X形内外柱、三角形环桁架组成的钢构造供应外围支撑，由内环索、148根交叉形径向吊索、72根径向脊索、72根径向谷索、膜边索和PTFE膜材构成整体张拉式索膜构造屋面；篷盖出挑间隔东西看台最大42m、南北看台最大30m。环索为倾斜的马鞍形。
图13 盘锦体育中央运动场
体育馆
表5列出了海内建成的多少体育馆膜构造工程实例，并详细先容部分不同期间的膜构造体育馆工程实例。
部分膜构造体育馆工程实例 表5
上海闸北网球馆
上海闸北网球馆膜构造(图14)建造起止韶光为2002~2003年，建筑面积2000 m2，PVC膜材展开面积2750 m2。闸北网球馆由网球场索膜构造和附属的框架组成，网球场平面尺寸38m×38m，附属框架长38m、宽7m（双层），网球馆支承构造为空间钢管桁架，屋面和两侧墙部分采取膜作为围护材料，别的部分为金属墙面。
图14 上海闸北网球馆膜构造
佛山世纪莲体育中央拍浮馆
佛山世纪莲体育中央拍浮馆[13]（图15）的膜构造建造起止韶光为2005~2006年，建筑面积31520m2，PVC膜材展开面积45000m2。拍浮馆屋面投影面积约15000m2，呈类筒壳形,长210m,宽88.8m,钢拱矢高13.08m。钢拱交叉支配。应建筑效果哀求，钢拱外露，拱之间覆盖PVC膜片，膜面由谷索下压形成凹凸有致的折板形状。由于佛山地处华南，夏季气温很高，为减小能耗采取了双层PVC膜，两层膜之间气囊厚度400~600mm。为知足室内拍浮比赛的音响效果，在双层PVC下还设置了一层PTFE吸音膜，故全体膜屋面一共有3层膜。
图15 佛山世纪莲体育中央拍浮馆
鄂尔多斯伊金霍洛旗体育中央体育馆（图13）
膜构造建造起止韶光为2010~2012年，建筑面积37000 m2，PTFE+PVC膜材展开面积8150 m2。屋面支承构造体系为索穹顶，平面投影为圆形，直径71.2m，采取Geiger型索穹顶。外环为钢构造周边钢桁架，放射状的脊索从中央钢环拉向周边桁架的高点，将穹顶划分为20个单元。在每两道脊索中间设置一道谷索，谷索靠近环梁处增设两道分叉索。从而将膜单元分隔成两个区域：由脊索、谷索、分叉索、内环组成的梯形区域，采取PTFE外膜；由分叉索，后谷索、环梁组成外三角区域，采取ETFE膜材。
图16鄂尔多斯伊金霍洛旗体育中央体育馆索穹顶膜构造
多功能膜构造建筑
南通运动场是海内首个采取移动屋面的多功能膜构造建筑。自此之后，多功能移动屋面膜构造建筑逐渐得到了较多的运用。表6列出了已经建成的多少这类膜建筑，并详细先容两个范例的移动屋面膜构造建筑。
多功能移动屋面膜构造建筑工程实例 表6
上海旗忠森林体育城网球中央膜构造工程
上海旗忠森林体育城网球中央（简称旗忠网球中央，图17）的膜构造建造韶光为2005年。屋盖投影面积约1.6万m2。网球场屋顶钢构造由两部分组成：下部是W形大直径钢管焊接而成的桁架构造形式的环梁，环梁统共有3道，每道环梁利用的主管直径为φ914，重约2000t；上部由8片花瓣状的屋盖组成，每片为呈网状形的空间桁架构造，重约200t，8片屋盖可由驱动装置同时开启和关闭，开启一次大约须要7min 30s。屋盖外屋面为金属屋面，内部部分采取内膜覆盖。内外膜膜材均为PEFE材料。根据钢管所划分成的网状构造，内膜每个花瓣划分为69块，形状面积均不同。全体屋盖共计552块膜。
图17 旗忠网球中央
绍兴县体育中央运动场移动膜构造屋面
绍兴县体育中央运动场（图18）的膜构造建造起止韶光为2011~2013年。建筑面积为77640 m2。运动场开合屋盖由两个单元块组成，开启面积12350 m2，为海内目前开合面积最大的活动屋盖。钢构造紧张包含固定屋盖、活动屋盖和膜构造钢骨架，运动场固定屋盖投影靠近椭圆形，长轴方向长度为267m,短轴方向长度为206m，屋盖外边缘为四心圆。活动屋盖采取平面桁架构造，沿跨度方向共设置14道主桁架。除固定屋盖、活动屋盖采取PTFE膜材外，环绕墙面设置的外装饰菱形框架也采取了PTFE膜材包裹，PTFE膜材展开面积为10万m2。
图18 绍兴体育中央运动场移动膜构造屋面
充气和气承式膜构造
1985年上海建成了最早的一个充气膜构造，1995年北京建成两个充气膜构造。但这几个膜构造尺度较小，采取的膜材也不是具有较好耐久性能和力学性能的当代涂层复合膜材料，以是短期运行后，屋面膜材都被拆除或被其他材料更换了。表7列出了2007~2013年海内较早建成的一些充气和气承式膜构造工程实例。
海内较早建成的充气和气承式膜构造实例 表7
北京航空航天算夜学充气囊体活动式试验支持系统工程（简称北航实验室）是较具代表性的气承式膜构造（图19），膜构造建造韶光为2010年，位于河北省秦皇岛市昌黎渔岛，北临著名旅游景点“天下滑沙中央”，是专为发展中国航空奇迹而建筑的超大型翱翔试验基地。建筑面积3300 m2，采取国产PVC膜材，膜材展开面积（包括气囊）为28000 m2。构造体系由两大部分组成：试验用主球体和通道。二者构造体系相同，均为高压气囊和低压气承式组合充气膜构造，个中高压气囊为直径达1.5~3m的弧形圆柱曲面，内压高达到10kPa，为全体膜面供应骨架支撑浸染；低压气承式充气膜为一单层膜面，内压仅为300Pa，起形成和坚持膜面形态，二者相互浸染共同受外部荷载浸染。
图19 北航充气囊体活动式试验支持系统工程
会展中央膜构造
海内主理的各种国际会展活动中，很多建筑物均采取了膜构造（表8）。个中，上海2010年世博会世博轴膜构造是难度和规模最大的膜构造工程。
会展中央膜构造工程实例 表8
上海世博会世博轴膜构造的方案观点设计是德国SBA 事务所，其膜构造设计、检测验收严格遵照国家和地方膜构造标准。针对这一工程，同济大学进行了包括构造体系、材料、节点、连接件等系列的理论和试验研究，确保了工程的顺利培植和安全运行。这一项目的成功建成标志了中国膜构造技能达到了国际前辈水平。
上海世博会中，日本馆（图20）无疑是最故意义的膜构造，它采取轻钢框架支承的双层ETFE气枕 ，高约24m，建筑面积约6000m²。在国际上首次在ETFE气枕中集成了非晶太阳能电池，其发电能力为20~30 kW。ETFE薄膜上涂有Ti02光催化涂层并附着柔性光伏太阳能薄膜。
图20 上海世博会日本馆
膜构造在我国的发展前景和趋势膜材料领域
在1996~2005年的早期膜构造运用中，PVC膜材由于其相对低廉的价格和易于安装的特点占了绝对多数，唯一的例外是外方公司Birdair,Inc.设计和施工的上海八万人运动场。但是，早期PVC材料无论其自洁性能还是耐久性能均不尽人意，在运用10年旁边后，大部分PVC膜构造均呈现较差的表现：膜面脏污、泛黄、破损等。比较较而言，上海八万人运动场膜面给人的觉得都是随利用期的延长约来越白、越来越整洁。以是，近十多年以来，业主和建筑师越来越青睐PTFE膜材。
近几年，海内企业已经成功研发和生产了PVC和PTFE膜材，随着国产材料的运用，入口膜材特殊是PTFE膜材的价格也得到了有效的抑制。相信随着工程运用的增多和技能的积累和发展，我国国产膜材质量会很快遇上发达国家膜材。
自北京2008奥运会拍浮馆“水立方”采取ETFT气枕后，ETFT材料日益得到了建筑师的兴趣和关注。ETFE材料虽然非涂层织物类材料，但其具备与涂层织物膜材相类似的基本力学性能，其设计打算理论与方法与涂层织物类膜构造相同。近十多年来，ETFE气枕膜构造在我国有较多的运用，乃至在环境气温为-30℃的我国北方也有运用实例。
上海世博会日本馆采取的观点性新型太阳能膜材该当是膜材料未来的发展方向之一。
支承构造体系
膜材最主要的特点是材质轻，这一特点决定了其最适宜采取轻型支承构造体系。但只管如此，早期海内大型膜构造建筑中很多仍旧采取了重型钢构造桁架体系。随着膜构造的遍及运用，也客不雅观上推动了我国索张拉构造体系的研究、发展和运用，这一点从表1中也可以明显地不雅观察到。
移动屋盖多功能膜构造
移动屋盖能够知足建筑物多功能的哀求，可以使建筑物按须要成为运动场、体育馆或展览馆等。轻质覆盖材料对付移动屋盖建筑物的节能和提高驱动效率十分关键和主要，以是对移动屋盖而言，膜材无疑是其首选覆盖材料。从这一角度出发，也可以认为：正是由于膜材料的运用，促进了移动屋盖建筑在我国的运用和发展。显然，随着膜材料技能的进一步发展和推广运用，多功能移动屋盖类建筑在我国还有较大的发展和运用前景。
气承和充气膜构造
膜材料的独特特点是其可以由空气来支承。近年来，集成了充气和气压掌握系统的充气和气承膜构造在我国的运用和发展十分迅速，其建造和运维本钱均比较低廉，我国每年都要建成十余座跨度或长度在200m旁边的气承式膜构造，运用领域覆盖了教诲、体育、环保、发电（堆煤）等浩瀚领域，一些专业承担气承式膜构造设计制作安装的企业也迅速崛起。可以预期，气承式膜构造在我国的发展还有很大的空间和极好的前景。
膜构造的研究、检测和监测、修复和改换
我国膜构造的研究始于20世纪90年代后期，过去20多年，膜构造的研究从无到有，研究军队发展十分迅速，每年均有大量膜构造方面的论文面世。至今，我国已经颁布履行了一系列的国家团体和地方膜构造标准，很多高校、研究单位研发了成套的膜构造试验、检测和监测装置和设备，在我国广为利用的两套膜构造专业设计软件分别由上海交通大学和同济大学研发并掩护。整体上，我国膜构造的研究已经遇上了国际前辈水平。近年来，膜构造领域尚需深入研究的问题和热点紧张有两个：膜材料（PVC、PTFE、ETFE等）的力学性能和模型（强度、弹性模量、时变、老化等）；膜构造的风致振动机理和风荷载效应设计打算方法。前者紧张依赖实验室的模型研究，后者紧张依赖膜构造现场监测事情。目前，海内已有多个大型膜构造工程安装了康健监测系统。
早期采取PVC的大型膜构造运动场近几年不同程度地涌现了局部破坏等征象，如青岛颐中运动场、安徽芜湖运动场等；采取PTFE的上海世博会世博轴也因频繁变更用场、进行改造，膜面也涌现了较多的局部破损；也有像虹口足球场遭遇局部失火、上海八万人运动场因冰灾导致的膜面局部毁坏事件等。在发展了二十多年后，膜构造的检测、修复和改换问题已经日益主要，须要引起膜构造领域的研究者和从业者更多的关注和重视。
结语及思考在过去二十多年里，建筑膜构造在我国的运用取得了爆发性增长，包含膜构造的材料、设计、制作、安装、检测监测等在内的百口当链也已发展形成。目前，我国已有数百家膜构造专业生产企业，每年会建成大量的膜构造建筑。膜构造的国产材料也从无到有，某些PVC和PTFE材料的技能水准已经靠近国外材料，但这一领域相对而言仍旧是我国膜构造行业的短板。与膜构造发展相伴的是我国索支承构造工程运用的迅速发展，索穹顶、轮辐式索桁架、单层索网构造已经得到了非常广泛的运用。多功能移动屋盖构造也伴随着膜构造的发展取得了较多运用。
膜构造在台风下的损毁也时常发生，许多研究者均在进行膜构造的风致振动研究，包括CFD数值仿照方法、风洞试验、现场监测等的事情均在开展，这一领域的研究任重道远，要取得能够实用的确保膜构造台风下安全的设计方法尚需许多研究者的努力。
原文刊登于《建筑构造》2019年第19期，题为《膜构造在我国的运用回顾和未来发展》，作者：张其林，单位：同济大学土木工程学院教授。敬请查阅！
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