膜結構工程

膜結構工程是套用於建築工程領域中的一種類別，膜結構的造型設計、力學分析、裁剪設計及膜成品製作及安裝，支承結構或構件的製作及安裝工程等組成，是集建築學、工程結構學、材料學等學科為一體的多學科交叉套用工程。

工程介紹

膜結構是套用於建築工程領域中的一種類別，由膜結構的造型設計、力學分析、裁剪設計及膜成品製作及安裝，支承結構或構件的製作及安裝工程等組成，是集建築學、工程結構學、材料學等學科為一體的多學科交叉套用工程。

膜結構工程的特性：

膜結構工程作為一種建築體系所具有的特性主要取決於其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由於此，用膜結構可以創造出傳統建築體系無法實現的設計方案。

1、 輕質：膜材料張力結構自重小的原因在於它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建築結構的小得多，但卻具有良好的穩定性。建築師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件，將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。

2、 透光性：透光性是現代膜結構最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建築提供所需的亮度，這對於建築節能十分重要。對於一些要求光照多且亮度高的商業建築等尤為重要。通過自然採光與人工採光的綜合利用，膜材透光性可為建築設計提供更大的美學創作空間。夜晚，透光性將膜結構變成了光的雕塑。

膜材透光性是由它的基層纖維、塗層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間，有的膜材的光譜透射比可以達到40%，而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過塗層的顏色或是面層顏色來調節。

通過膜材和透光保溫材料的適當組合，可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個百分點，膜屋面對於肉眼來說依然是發亮和透光的，具有輕型屋面的觀感。

3、柔性：張拉膜結構不是剛性的，其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載，在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小，直至能更有效抵抗該荷載。

膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態承載。當然，結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要確何膜面與其輔助結構協調工作，以避免力在膜面或輔助結構上集中而達結構破壞的臨界值。

張拉結構的靈活性使其可以產生很大的位移而不發生永久性變形。膜材的彈性性能和預應力水平決定了膜結構的變形和反應。適應自然的柔性特點可以激發人們的建築設計靈感。

不同的膜材的柔性程式也不相同，有的膜材柔韌性極佳，不會因摺疊而產生脆裂或是破損，這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。

4、 雕塑感：張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通過張力達到自平衡。負高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地雕塑般的質感令人激動飄浮於天地之間。無論室內還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。

張拉膜結構可使建築師設計出各種張力自平衡、複雜且生動的空間形式。在一天內隨著光線的變化，雕塑般的膜結構通過光與影而呈現出不同的形態。日出和日落時，低入射角度的光線將突現屋頂的曲率和浮雕效果，太陽位於遠地點時，膜結構的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性，經過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。

5、 安全性：按照現有的各國規範和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩定性。

由於輕型結構自重較輕，即使發生意外坍塌，其危險性也較傳統建築結構小。膜結構發生撕裂時，若結構布置能保證桅桿、樑柱等剛性支承構件不發生坍塌，其危險性會更小。

6、 功能：由於張拉膜結構的自身特性，其可以滿足從簡單遮陽結構到功能複雜的大型建築等許多不同的建築功能要求，並形態極具表現力且對於有些功能要求只有它才是最為適合的。

7、 極具表現力的建築形態：具有特定功能的建築都可通過立意得以表達，張拉膜結構的獨特外形體現了建築自身的自然美感。

這些建築形態本身和與其相協調的傳統建築一起構成了令人興致盎然的地面標誌性建築。優秀的膜結構設計是結構與外形的有機融合，使其顯得了類拔萃，同時與自然環境、歷史及現代的城市景觀有機結合。

輕型結構可以看成是大型的雕塑作品，可為其周邊空間增添活力，成為周圍環境的補充和焦點。

8、 抵禦天氣的影響：膜屋面的一個重要作用就是抵禦各種天氣變化（如日曬、雨淋、風雪等）對其內部空間的影響，保持建築物內部的舒適性。選擇膜面的形態和材料時要考慮到所有可能的天氣狀況，並儘可能利用建築本身等被動方法來減少能量的消耗。

多孔膜材可用作遮蔽結構。它可以控制光的透射和反射，使室內擁有散射光，並且促進自然通風，使屋面溫度與周圍環境的溫度相同，並避免向下的熱輻射。

為了抵擋風雪，膜面的外形應使排水通暢使捷，避免在其上形成水兜或雪的堆積。在施加預應力前的安裝成形階段，張拉膜結構對這些荷載十分敏感。為了能將雨水排除，膜材和接縫須密封防水，膜邊緣也必須進行特殊的細部設計，以防止雨水進入室內。

9、 可移動性和臨時性：與其它結構相比的另一個突出優勢是輕型結構對環境的影響具有可調和性。另外它還有兩個重要的特性，即可移動性和靈活性。

結構可以在不同的地點反覆拆建，這就是張拉膜結構的可移動。它將遊牧式與定居式的建築融為一體。膜材輕柔的特點使其方便運輸，且易於迅速搭建，而閒置時占用空間很小。這種特性使膜結構十分適於用作臨時性可移動建，特別是在發生突然災難或遇到緊急情況而需要在短時間內為大量人員提供庇護所的時候。

另一方面，可移動薄膜結構除具有與永久建築相媲美的舒適性外，它還引入了建築行業的一個新概念，即將房屋的所有權與土地的所有權相分離。建築不再是不可移動的，而是可移動的。這種可移動性和可重複使用的特點對加速現代城市的發展和建築功能在某些特殊領域中的轉變具有重要的意義。

10、 可展性和自適應性：可展結構可以看作是一種人造的自適應體系，同許多自然有機體一樣，可根據需要改變自身的形式。它們的空間布置和對天氣變化的反應具有靈活性和自適應性。通過控制自然光和內部溫充可達到主動節能的目的。可展結構即可開敞也可閉合，它的靈活性使其可以改變空間的屬性。精心設計的可展屋蓋的優雅滑動體現了人與自然的和諧。它被稱作是一種創造，輕型與可展性的充分結合形成了“免施工房屋”的概念，這種結構任何需要的時間或地點均可實現。

膜結構設計

一、膜結構採用以機率理論為基礎的極限狀態設計方法，用分項係數的設計表達式進行計算。
二、膜結構應根據建築物的性質和等級、使用年限、使用功能、結構跨度、防火要求、地區自然條件及膜材的耐用年限等要求進行膜材選用。
三、膜結構的設計應根據荷載、支承條件、製作加工、施工工況及其它特殊條件進行。
四、膜結構的設計內容包括形狀設計、荷載分析、裁剪設計、配件設計、支承結構設計。
五、對膜結構的形狀設計、荷載分析、裁剪設計，應在考慮施工過程的基礎上進行一體化的設計。
六、膜材只能承受拉力，不能承受壓力和彎矩。
七、膜面的最大主應力應小於膜材的強度設計值，在荷載長期作用下，最小主應力應大於等於維持其初始平衡形狀的應力值。
八、膜結構一體化設計時，應考慮膜材的鬆弛、徐變、老化。
九、膜結構設計時，應考慮使用階段膜材替換對整體結構的影響。
十、膜結構設計應考慮膜材破壞時，支承結構仍應保持自身的強度、剛度及穩定性。

套用範圍

1.娛樂空間

近年來，隨著建築空間觀念的日益深化以及科學手段的不斷提高，“回歸自然”、“沐浴自然之溫馨”已是現代建築環境學發展的主流。室內外的視線越來越模糊，出現了許多亦內亦外、相互滲透的不定空間，如：天井、四季廳、動植物園、體育、文化娛樂場所等。由於膜材的光透性，白天陽光可以透過膜材形成慢射光，使室內達到和室外幾乎一樣的自然效果，因此膜結構能創造出與自然環境相媲美的空間形式。

2.標誌性小品

一個城市的中心區反映一個城市的地理風貌和民族風情，同時，也是一個城市文化發展程度的標誌。而景觀設計要求其具有廣泛的可讀性、雅俗共賞，既有超凡脫俗的藝術價值，又能使大眾喜聞樂見與大眾息息相通。膜結構以其鮮明的個性和標識性，套用於城市小品設計中。

3.綠色漫步道

近年來，在人口密集的大城市，在居住區周邊配置綠色空間並有人行步道。居民可以在不受車輛的影響下，在居住區附近的街心地帶輕鬆愉快地散步、休憩，而感到十分愜意。在綠色空間中構造一座膜小品，即生動的美化了環境——如同廣闊綠洲中的點點白帆，又有很強的功能性——人們可以在行走之暇小憩一會兒。

4.商業街

商業街在城市中占有相當大的比重。商業街的建築與環境是城市文明的視窗，代表著物質文明和精神文明的水平，同時，也是景觀環境的重要組成部分。膜結構輕巧別致極具現代化風格，且易於安裝移動，在商業街設計中得以廣泛套用

5.建築入口

建築入口使城市公共空間與建築空間相鄰的界面，成為城市空間的組成部分。它是人們視覺最先接觸的部分，因此，除了功能以外，還應有很強的標識性，並能體現建築的個性，是建築環境和城市景觀的重要組成部分。由於膜結構獨特的造型是其他結構類型無法比擬的，故成為近來建築入口經常採用的形式。

6.步行街

利用膜結構輕巧，別致的造型建造各種半封閉，全封閉的不行空間，使其形成全天候的建築空間，提供防風雨，防日曬等人工環境，並有較好的標識招攬效果，因此是步行街改造和新建的絕佳選擇。

7.停車棚

停車場隨著都市現代化步伐的加快,汽車成為任何一個都市不可缺少的交通工具。我國由於汽車工業高速發展，城市的汽車擁有量成倍上升，但城市建設規劃沒能儘快適應這一發展的要求，常常是車無停放之地。所以在建設群規劃時就應充分考慮停車場的問題，把停車場的建設和規劃當成現代城市建設規劃的重要組成部分，變得越來越重要。

同樣，膜結構在停車場建設中也擔當重要角色!膜結構車棚以新穎，耐用，自潔，20年不變色而在現在中國各大城市得到大規模的推廣！我國由於汽車工業高速發展，城市的汽車擁有量成倍上升，但城市建設規劃沒能儘快適應這一發展的要求，常常是車無停放之地。膜結構車棚可以解決城市停車難的大問題，所以膜結構車棚以新穎，耐用，自潔，20年不變色而在現在中國各大城市得到大規模的推廣！

8.其它適用範圍：

體育設施：體育場、體育館、健身中心、游泳館、網球館、訓練中心、高爾夫球場等。

商業設施：商場、購物中心、酒店、餐廳、商業街等。

文化設施：展覽中心、劇院、會議廳、博物館、植物園、水族館、表演中心、旅遊區、度假山莊、舞台、音樂廣場等。

交通設施：機場、火車站、公車站、收費站、碼頭、加油站、停車場等。

工業設施：工廠、倉庫、科研中心、外理中心、溫室、物流中心、大型停車棚。

景觀設施：建築入口、標誌小品、步行街、房地產公司、小區花園等。

膜結構安裝流程：

1、在基礎工程或主體結構施工完成後，進行膜支承結構的安裝，並完成局部補油漆、進行防火處理等；

2、測量支承結構及連線節點的幾何並與設計值比較，對找形結果進行必要的修正；按修正後的形狀進行裁剪設計，加工製作膜面；如膜面先於支承結構完工已開始製作，應通過其他方案如更換連線件等規格等來糾正偏差；

3、將加工好的膜成品按施工組織設計的要求摺疊、包裝，並做好標示；運輸至安裝現場；

4、清理現場，在地面鋪墊保護材料；向工人講解工序及分工；展開膜面，進行如在膜面打孔、穿鋼索、安裝膜角節點板或膜夾板等準備工作；在支承結構上綁紮繩網以臨時支承展開的膜面；

5、準備工作就緒後，吊裝機械就位，吊裝並對角點作臨時固定；

6、逐步均衡張拉，給膜面施加預張力；

7、對邊角及有褶皺的區域進行局部張拉調節，並最終固定膜面及節點；完成雨水系統安裝及防水覆蓋等；

8、清洗內外膜表面。

膜結構施工步驟

一、膜材裁剪、包裝及運輸

索膜結構體形通常都較為複雜，各種角度變化較多，且加工精度要求非常高。在製作過程中要加強質量管理，保證製作精度。在膜結構製作前，需要對工程所用膜材及配件按設計和規範要求進行材質和力學性能檢驗，如膜材的雙向拉伸試驗。膜材加工製作要嚴格按設計圖紙在專業車間由專業人員製作。由於索膜結構通常均為空間曲面，裁剪就是用平面膜材表示空間曲面。這種用平面膜材擬合空間曲面的方法必然存在誤差，所以裁剪人員在膜材裁剪加工過程中加入一些補救措施是相當必要的。對已裁剪的膜片要分別進行尺寸複測和編號，並詳細紀錄實測偏差值。裁剪作業過程中應儘量避免膜體摺疊和彎曲，以免膜體產生彎曲和摺疊損傷而使膜面褶皺，影響建築美觀。膜片下料完成後再根據排水方向和膜片連線節點確定熱熔合方案。在正式熱合加工前，要進行焊接試驗，確保焊接處強度不低於母材強度。

經檢驗合格的成品膜體，在包裝前，應根據膜體特性、施工方案等確定完善的包裝方案。如聚四氟乙烯為塗層的是玻璃纖維為基層的膜材料可以以卷的方式包裝，其中卷芯直徑不得小於100mm，對於無法捲成筒的膜體可以在膜體內襯填軟質填充物，然後摺疊包裝。包裝完成後，在膜體外包裝上標記包裝內容、使用部位及膜體摺疊與展開方向。在膜材運輸過程中要儘量避免重壓、彎折和損壞。同時在運輸時也要充分考慮安裝次序，儘量將膜體一次運送到位，避免膜體在場內的二次運輸，減少膜體受損的機會。

膜材加工製作工藝漉程為：膜裁剪出圖→審圖→膜加工技術交底→檢驗→放樣→裁剪→膜材預拼裝→膜材熱熔合→邊緣加工→成型尺寸覆核→清洗→包裝→出廠。

二、支承結構安裝 　張拉索膜結構的支承可分為剛性邊界和柔性邊界。支承結構安裝誤差的大小，不僅直接影響建築的外觀，還影響結構內預應力的分布，嚴重者將影響結構的安全性。在安裝支承鋼結構前，應按規範和設計要求對鋼結構基礎的頂面標高、軸線尺寸做嚴格的複測，並作複測紀錄。

支承結構安裝工藝流程為：鋼結構預埋交底→鋼結構預埋→鋼結構製作→基礎預埋覆核→構件防腐塗裝→構件防火塗裝→構件吊裝。

三、膜體安裝

膜體進場安裝前，應組織項目有關人員對施工方案進行評審，確定詳細的安裝作業與安全技術措施。先覆核支承結構的各個尺寸，使每個控制點的安裝誤差均在設計和規範允許的範圍內；對膜體及配件的出廠證明、產品質量保證書、檢測報告及品種、規格、數量進行驗收；檢查膜體外觀是否有破損、褶皺，熱熔合縫是否有脫落，螺栓、鋁合金壓條、不鏽鋼壓條有無拉傷或鏽蝕，索和錨具塗層是否破壞。

在組織驗收構件的同時，還應根據場地條件和施工方案搭設膜體展開平台，安裝安全網。對大型的張拉膜結構，要收集安裝期間的氣象信息。安裝過程中要密切注意風向和風速，避免膜體發生顫動現象。在強風或大雨天氣要及時停止施工，並採取相應的安全防護措施

環境工程

膜結構環境工程採用鋼結構支撐反吊UV光固化形式輕而易舉地解決了鋼結構的腐蝕問題。該結構巧妙的套用“反吊”技術，採用抗腐蝕能力極強的UV光固化膜材將污氣罩住，普通鋼結構在UV光固化膜的外面將膜體懸吊起來，這樣既最大限度的發揮了UV光固化膜材的抗腐蝕性能，又從根本上解決了鋼結構的受腐蝕問題。因UV光固化膜使得鋼結構和腐蝕性的污氣徹底隔離開來，從而從根本上解決了污氣對鋼結構的腐蝕問題，使得鋼結構可以按普通鋼結構的防腐等級進行設計，輕鬆的使在這種高腐蝕的環境中的使用壽命達50年。從而實現了簡單結構和徹底除臭的完美結合。

氟碳纖維膜

使用年限長：膜材料使用年限達20-25年，鋼結構使用年限達50年；
適用於大跨度池體：膜材經過特殊的UV光固化處理和防霉、防腐及防菌處理後防腐性能十分優越，自重很輕，抗 拉強度高，對大跨度結構極具優勢；
製作簡單：鋼結構的製作和膜材的製作都在工廠進行，質量有保障；
安裝快捷：加工好的鋼結構和膜材運到現場後，可以很方便的進行安裝，基本不占用現場場地，現場安裝時間極短，尤其是舊池改造工程，可以採用整體吊裝，不影響池體設備的運轉。
檢修方便：邊膜上可以預留檢修門和檢修通道，方便定期對設備維修和檢查，不影響污水處理池的運轉。
膜材顏色多樣：通過直接和膜材廠商定製膜材，反吊氟碳纖維外表面顏色可以採用白色及紅色、藍色和黃色等各種顏色，輕鬆的使污水池變成美化環境的一景。

特點

高強低紗聚酯絲及優質的PVC塗層、高強度低紗聚酯絲不但具備抗拉強度高、曲撓性好、材質輕、韌性好等特點，還具有良好的抗撕裂、抗剝離、耐折、耐磨、耐腐蝕、耐油性、無毒無異味及氣密性好等性能，優質的PVC塗層改進了傳統塗層的表面特性，具有優良的抗污染能力和自潔功能，增強了抗氧化性，有效的防止PVC的老化，延長了使用壽命。

表面處理

UV光固化環境膜材料，運用先進的UV光固化處理技術，有效提高有機塗層的戶外耐久性，UV吸收劑還起到外用光濾劑的作用，可阻止有害的陽光輻射進入膜材基材，有效提高了有機材料的耐老化性能，在不同的溫度環境下均能保持穩定的物理性能。具有良好的酸鹼條件下的化學穩定性，從而大大提升了材料在強腐蝕、強酸鹼、鹽霧的惡劣條件下的使用壽命。

UV光固化環境專用系列膜材在PVDF塗層上添加了特殊的改性助劑，既提高了膜材的自潔性又可直接焊接，同時改性助劑與PVC層內添加劑協同作用，使PVDF與PVC塗層的結合更加牢固，抗剝離強度更高，使塗層表面不易剝離、脫落，不再需要塗覆底料層。雙面PVDF塗層除具有良好的自潔功能外，還對膜材頂面和地面具有良好的保護作用。

UV光固化膜材採用高品種低紗高密度聚酯絲（HT-PESLO?WICK），並配合高性能防毛細、防霉助劑徹底消除了膜材因側滲而產生的發霉和脫落現象。

環境工程套用

1.污水處理、垃圾處理等領域的臭氣、廢氣收集貯存；
2.化工、冶煉、冶金行業低壓腐蝕性氣體的貯存和收集。

工程保養

基本概念

膜結構產品作為新材料、新建築已被推廣套用，基於表面經過特殊罩光處理的膜材具有壽命長及自潔性好等特點，使得本產品有別於常見的普通建築。

膜結構維護

1、工程維護一般要求

膜結構工程的保護和維護。膜材表面不應與刀子、銳器接觸，以免劃破及磨傷膜材表面。一旦發現膜材被劃破、嚴重磨傷等現象時，應及時採取有效措施以免磨傷更加嚴重，同時通知廠商派人修復，鋼構件表面不得遭受硬物打擊與劃傷，不得接觸各種酸性、鹼性和有機溶劑。

2、膜材表面需清洗、打掃時：

a. 工人不應穿硬底鞋直接接觸表面，防止沙土磨傷表面，嚴重磨刮膜表面。
b.清洗膜表面時，套用清水或中性清洗劑，不宜用如：汽油、酒精、氯水等酸性或鹼性材料液劑清洗。
c.膜表面不宜長時間堆放異物如：鐵件、化學物品或其它帶顏色的材料等。

3、對結構中的鋼結構、鋼索、夾板及螺栓等部件在未經廠商認可的情況下不得任意調整、拆卸。

4、未經許可不許在膜材上隨意牽拉、懸掛重物及物品。

5、用戶應定期（半年至一年）對鋼結構安全進行防鏽及維護，確保結構安全，防止銹水滴落膜材表面。