膜结构的历史： 

1917年有一位名为兰彻斯特的美国人建议利用新发明的电力鼓风机将膜布吹胀，作野战医院。像许多传利申请案一样，这只是一种构思，而没有真正成为使用的产品。 

1946 年，有一位名为华特?贝尔德的人为美**方做了一个直径 15m圆形充气的雷达罩，可以保护雷达不受气候侵袭，又可让电波无阻的通过，从而使相隔了19年 的传利付诸实用。由此而衍生出了一个新的工业产业，在1956年以后美国一共建立了约50多家的膜结构公司，制造各种膜产品，用做体育设施、展览场、设备 仓库、轻工业厂房等，不一而足。但多因设计不周全，或制作粗糙，或是业主维护不当，以致造成许多不幸事件，大多数的工厂亦因之倒闭。 

1960年 间，德国斯图加特大学的弗赖?奥托先生，先后于1962和1965年发表了研究膜结构的成果，并同帐篷制造厂商合作，做了一些帐篷式膜结构和钢索结构，其 中较受人注目的是1967年在蒙特利尔博览会的西德馆，其在欧洲，尤其是德国，可以说是开了膜结构构商业化的先河。1968年，美国纽约的建筑师布罗迪和 哥伦比亚的大卫?盖格教授合力争取到了**大阪世界博览会美国馆的设计权。原先的经费2500万美元，被一再消减到250万美元，此设计组承受了无比的挑 战，在穷则变，变则通的情况下，将**挖一大坑，将废土堆在四周，筑成围墙，其上浇注一混凝土压力环，将钢索网固定在环上，再将膜布固定在钢索网上，加以 充气，就做成了9290m2的展览馆，从而开启了气撑式膜结构的新页。1968年到1987年之间，有 8座室内运动馆是以此方法设计建造的。 

　 　在大阪世博会，盖格公司成功地向世人推出气撑式膜结构的新设计技术，而受到建筑工程界一致认可后，又面临所使用的膜材料问题。这种膜材只有7年? 8年 的寿命，在太阳紫外线及风、雨的交互作用下，膜布会变得硬脆、破裂，而失去结构性能。只有使用好的膜布材料，才能使这种大跨距的屋顶，成为**性的建筑。 正在此时，美国福特**会下属的教育设施实验室给盖格公司一笔**，用来开发此种**性的建筑膜。在盖格公司领导下，同美国的杜邦公司、康宁玻纤公司、贝 尔德建筑公司、化纤织布公，五家共同开发**性的结构膜。产品很顺利地就制成了，化纤公司将康宁公司提供的玻璃纤维，先集成线再织成布纱，经过矽胶浸泡， 先制成水密坯布，再多次快速放入特氟隆溶液中，使坯布两面皆有均匀的特氟隆涂层，**性的PTFE膜正式诞生。经过加速气候实验，其物理稳定性确定后，盖 格公司又设计各种结构配件及确定设计程序，以建造不同性质的膜结构。堪萨斯城的建筑师约翰?西弗率先使用此产品，在加州的拉?弗恩建了一座学生活动中心， 另外，几平同时即1973年在圣太?克罗拉的加州分校办建了一座气撑游泳馆（活动屋顶）及学生活动中心，从此**性膜结构便正式在美国风行。 

1． 关于结构膜　　一般钢结构屋顶，是由桥梁支撑屋面板，上面覆盖防水、隔热层，这些屋面材料皆不承受结构力。但膜结构中的膜本身就承受活荷载包括风压、温度 应力等，膜既是覆盖物，亦是结构的一部分。 以材质分类，结构膜有以下两种: 1）平面不织膜：由各种塑料，在加热液化状态下挤出的膜，它有不同厚度、透 明度及颜色，较通用的是聚乙烯膜。亦有以聚乙烯和聚氯乙烯热熔后制成的复合膜，其抗紫外线及自洁性强，且使用年限可从7年延长到15年，此种膜因张力强度 不大，而自跨度不大，属于半结构性的膜材。 2）织布合成膜：以聚酯丝织成的市心，双面涂以PVC树脂，再用热熔法覆盖上一层聚氟乙烯膜，制成复合膜，使 用年限从 7年延长到15年。因布心的张力强度较大可以使用于多种的张啦力型结构，跨度可达8m－10m，在美、日、法等国皆生产多种品牌。 2．几种膜 结构　　与上述结构膜结合的结构大约有下述几类: 1）纯钢拱形结构采用传统的梁柱系统，屋顶为圆拱式，柱梁间距一般为8m左右。 2）混凝土结构主体加 钢拱以上两种较简单的膜结构，依平面的形状，如方形、菱形等，可有许多变化，拱的间距依使用的膜材强度、设计荷载、风力等确定。 3）混凝土主体结构加钢 索脊素为上弯，位于膜布下面，谷索为下弯，位于膜上面。两种钢索的弯向相反张拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的张力，膜布中水平方向的张力 直接张拉形成。 4）混凝土主体结构加钢柱 5）张拉式帐篷膜结构 6）大型（跨度在200m以上）气撑式膜结构　　用扁钢作的钢索加上膜布，可以做成大 跨度的巨型屋顶。这种建筑，结构简单，施工方便，经济效益高，无需维修。但因需常年维持封闭，进出较不便，现己不再新建，但仍不失为一种好的结构形式。由 于膜结构需要**的设计及剪裁，以达到理想的效果，大卫、盖格和哥伦比亚大学的同僚迈克、马克麦克和约塞夫、赖特共同开发了非线性钢索计算程式，为气撑式 大型膜屋顶工程设计奠定了基础。自1973年至1978年，在世界各地一连建造了12座气撑式膜结构大型室内体育馆，与同时期落成的其他球场比较，这些膜 结构的体育馆不但价格便宜，而且施工快。面积40000m2的银顶球场的屋顶只用了11.5个月即全部完成。为世界较大之室内体育馆。 7)钢索穹顶　　 1980年左右，盖格先生又创造了使用**性结构膜的新技术，这种新技术是基于工程哲学家巴克明斯特．富勒的理论。富勒认为现代的结构都是在**地心吸引 力，不断地争取压力的连续性，但自然界并非如此。这是一项看似平淡，实则非常智慧的哲理，1983年他发表的文章中建议在结构上逐步减少压力的影响，而增 加张力的作用，富勒将他的新观念命名为“张力式”，英语是张力（Tension）和完整(Integrity）二字的合成。在这种理想的结构中“压力杆件 是张力大海中的一个小岛”。盖格先生对富勒的哲理，则有更进一步的解释，他认为“空间的跨越是由连续的张力索和不连续的压力杆”完成的。在这一理论基础 上，他提出钢索穹项由以下杆件组成：中央张力环经由数目为四的倍数的脊索、环索、中继斜拉索、压力杆和斜拉索而到达压力环梁，形成一个完整封闭的张力拱结 构系统。  





膜结构的应用： 

膜结构是一种建筑与结构**结合的结构体系。它是用**度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形 成 具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型**轻巧、阻燃、制作简易、 安装快捷、能易于、使用安全等优点，因而使它在世界各 地受到广泛应用。这种结构形式特别适用于 大型体育场馆、人口廊道、小品、公众休闲****、展览会场、购物中心等领域。 



膜结构建筑形式的分类：  

从结构**可分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式  



1.骨架式膜结构（Frame Supported Structure） 



　　以钢构或是集成材构成的屋顶骨架，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构**性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受**，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。 

2.张拉式膜结构（Tension Suspension Structure） 

　 　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，也是较能展现膜结 构精神的构造形 式. 近年来，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，所以造价略高 于骨架式膜结构。 

3.充气式膜结构（Pneumatic Structure） 

　　 

　　 充气式膜结构是将膜材固定于屋顶 结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支 撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁，柱支撑，可 得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。 



　　现今，城市中已越来越多地可以见到膜结构的身影。膜结构已经被应用到各类建筑结构中，在我们的城市中充当着不可或缺的角色： 

体育设施：体育场/体育馆/网球场/游泳馆/训练中心/健身中心等 

商业设施：商场/游乐中心/酒店/餐厅/商业街等 

文化设施：展览中心/剧院/表演中心/水族馆等 

交通设施：飞机场/火车站/码头/停车场/天桥/加油站/收费站等 

景观设施：标志性小品/广场标识/小区景观/步行街等 

工业设施：工厂/仓库/污水处理中心/物流中心/温室等　 

膜结构又叫张拉膜结构（Tensioned Membrane structure）， 是以建筑织物，即膜材料为张拉主体，与支撑构件或拉索共同组成的结 构体系，它以其新颖独特的建筑造型，良好的受力特点，成为大跨度空 间结构的主要形式之一。  

　　膜材料是指以聚酯纤维基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂层，配以优质的PVC组成的具有稳定的形状，并可承受一定载荷的建筑纺织品。它的寿命因不同的表面涂层而异，一般可达成12—50年。 

膜结构建筑的特点及应用领域： 

　　膜结构是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体，具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化，结合整体环境，建造出标志性的形象工程。 

　　　　　　　 

艺术性：充分发挥建筑师的想象力，又体现结构构件清晰受力之美。 

经济性：由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，能很好地节约能源。同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。 

大跨度：膜结构可以从根本克服传统结构在大跨度（无支撑）建筑上实现所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡可视空间，有效增加空间使用面积。 

自洁性：膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。 

工 期短：膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，可减少现场施工时间，避免出现施工交叉，相对传统建筑工程工期较短。膜建筑可广泛应用于大型公共设施： 体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览中心、购物中心、站台等，又可以用于休闲设施、使用工业设施及标志性或景观性建筑小品等。 

膜结构是随着现代科学技术发展起来的全新建筑技术表现形式，是材料科学、建筑学、结构力学以及现代环境学高速发展的综合产物。  

  20世纪60年代随着现代柔性建筑材料的发展，建筑师们从帐篷着一较古老的简单建筑结构出发，构造出了魔幻般的形式——膜结构。它可以构成单曲面，多曲面等不同建筑结构形式，满足了建筑师们对建筑与美学高度统一的要求。  

  柔性材料具有透光和防紫外线功能，在一些室外建筑和环境小品中得到广泛的应用。正是由于这一特征，夜间的灯光设计使膜结构具有鲜明的环境标志特征。  

  优美造型的膜材，不锈钢配件和紧固件加上设计轻巧合理，表面处理严格的钢结构支撑，塑造出形式美观，设计合理的膜结构，在当今世界范围内的建筑环境设计中占有举足轻重的地位。  



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**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**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。它是人们视觉较先接触的部分，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**选择。  



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。  

生活在现代都市的人们已经从过去以谋生为目的的社会行为走上了以“乐生”为目的的新台阶， 在精神上追求健康向上，愉快和富有人性的文化环境。现代建筑环境是现代城市，现代文化与社会，现代人的生活和观念的综合表象。在展现人的个性化，自娱性和 多元性环境空间方面，，膜结构以其独具魅力的建筑形式，必将会在环境建设中得到越来越广泛的应用。  



膜材料介绍： 

用于建筑膜结构的膜材，依涂层材不同大致可分为PVC膜与PTEF膜，膜材的正确选定应考虑其建筑的规模大小、用途、形式，使用年限及预算等综合因素后决定。  

PVC膜（PVC-Coated Polyester） 　　 

　 PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材质柔软，易施工的优点。但在强度、耐用年限、防火性等性能上较PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纤 维织物加上PVC涂层（聚氯乙烯）而成，一般建筑用的膜材，是在PVC涂层材的表面处理上，涂以数micron厚的压克力树脂(acrylic)，以改善 防污性。但是，经过数年之后就会变色、污损、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用环境不同在5~8年。为了改善PVC膜材的耐侯性，近年来已研发出以氟 素系树脂于PVC涂层材的表面处理上做涂层，以改善其耐侯性及防污性的膜材。 

　　PVDF 

　　PVDF是二氟化树脂（Polyvinylidene Fluoride）的略称，在PVC膜表面处理上加以PVDF树脂涂层的材料称为PVDF膜。PVDF膜与一般的PVC膜比较，耐用年限改善至7~10年左右。  

　　PVF　　　 

　 　PVF是一氟化树脂（Polyvinyl Fluoride）的略称。PVF膜材是在PVC膜的表面处理上以PVF树脂做薄膜状薄片 （laminate）加工，比PVDF膜的耐久性更佳，更具有防沾污的优点。但因为加工性、施工性与防火性都不佳，所以使用用途受到**。  

PTFE膜（PTFE Coated Fiberglass） 　　 

　PTFE膜是在超细玻璃纤维织物上，涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。PTFE膜较大的特微就是耐久性、防火性与防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较，材料费与加工费高，且柔软性低，在施工上为避免玻璃纤维被折断，须有专用治工具与施工技术。 

耐久性：涂层材的PTFE对酸、硷等化学物质及紫外线非常**，不易发生变色或破裂。玻璃纤维在经长期使用后，不会引起强　　　　　　度劣化或张力减低。膜材颜色一般为白色、透光率高，耐久性在25年以上。 

　　防污性：因涂层材为聚四氟乙烯树脂，表面摩擦系数低，所以不易污染，可藉由雨水洗净。 

　　防火性：PTFE膜符合近所有国家的防火材料试验合格的特性，可替代其它的屋顶材料做同等的使用用途。  



索膜建筑与技术美学  

FABRIC ARCHITECTURE & TECHNOLOGICAL AESTHETICS  

1．索膜建筑的美建立在自然美与技术美的结合上，其结合点是“力”  

  唯 物**美学认为美是客观事物本身的属性，自然美就在自然本身。为什么这么说呢？自然美的。规律在哪里呢？从英国动物学家汤普森的名言“形是力的图解”中可 以找到答案，它告诉我们自然物的形态是由内在的力决定的，即自然本身处在力的平衡状态中。因此力就成为了自然美的规律之一。  

  索膜建筑的形 态恰恰是从自然事物的这一规律中寻找到的。索膜建筑的开拓者奥托十分重视从自然中寻找灵感。他提出“了解存在于自然之中的 生成过程，人工地完成这种过 程，乃是设计之道”。他为了设计出“轻的、节能的、灵活的、适应性强”的建筑；研究了许多自然现象，如水滴、昆虫、树枝、眼球、气泡等等，并由此发展出一 系列的试验模型，有些模型被优化后用于建筑的形态设计。为研究索膜结构的形态构成，他还进行了产生较小面积的肥皂泡试验。  

  索膜建筑的研究和形成过程正是借鉴了自然事物形态构成中力的规律，从而使索膜建筑的结构技术之美中孕育着自然美。“索膜建筑的灵魂是预张力”的论述，一语道破了索膜建筑美的内涵所在。  

2．索膜建筑的美蕴涵着技术美与艺术美的结合，其结合点在“结构”  

  建筑艺术是一种造型艺术，建筑美主要体现在造型上。造型设计以往都被称作”艺术”；按照美学思想的不同被分为不同的风格和流派。但是富勒却“试图超越所有风格，超越设计师的个性化语言，而把它当成一种科学，即可以依据理性的原则进行的