张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure) ，是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索共同构成机构体系。张拉膜结构特别适合用来建造城市标志性建筑的屋顶，如体育与娱乐性场馆，需有广告效应的商场、餐厅等。城市的交通枢纽是城市命脉的关键性建筑，使用功能要求建筑物各组成单元的标志明确。这类建筑越来越多采用膜结构。建筑膜材料的使用寿命为 25 年以上。建成于 1973 年的美国加州 La Verne 大学的学生活动中心是已有 23 年历史的张拉膜结构建筑．跟踪测试与材料的加载与加速气候变化的试验，证明它的膜材料的力学性能与化学稳定性指标下降了 20 %至 30 %，但仍可正常使用。膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、化学物质的微粒极难附着与渗透，经雨水的冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性。

PTFE

PTFE膜材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。这种膜材有较好的焊接性能，有优良的抗紫外线、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自洁性是所有建筑膜材中最好的，但柔韧性差，施工较困难，成本也十分惊人。在盖格公司领导下，美国的杜邦公司、康宁玻纤公司、贝尔德建筑公司、化纤织布公司共同开发永久性膜材。其加工方法是把玻纤织物多次快速放入特氟隆熔体中，使织物两面皆有均匀的特氟隆涂层，使永久性的PTFE膜正式诞生。此后永久性膜结构正式在美国风行，许多学者对膜结构进行了深入的研究。20年后跟踪检测结果表明，这种膜材的力学性能与化学稳定性指标只下降了20%~30%，颜色也几乎没变，膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、化学物质微粒极难附着与渗透，经雨水冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性，这足以显示出PTFE膜材的强大生命力和广阔的市场前景.

PVC

这种膜材开发和应用得比较早，通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2mm，一般涂层不会太厚，达到使用要求即可。为提高PVC本身耐老化性能，涂层时常常加入一些光、热稳定剂，浅色透明产品宜加一定量的紫外吸收剂，深色产品常加炭黑做稳定剂。另外对PVC的表面处理还有很多方法，可在PVC上层压一层极薄的金属薄膜或喷射铝雾，用云母或石英来防止表面发粘和沾污。玻纤有机硅树脂建筑膜材。有机硅树脂具有优异的耐高低温、拒水、抗氧化等特点，该膜材具有高的抗拉强度和弹性模量，另外还具有良好的透光性。美国欧文斯克宁公司开发的Vestar膜材就采用这种树脂对玻璃纤维布涂覆而制成的，这种膜材应用的不多，生产厂家也较少。玻纤合成橡胶建筑膜材。合成橡胶（如丁腈橡胶，氯丁橡胶）韧性好，对阳光、臭氧、热老化稳定，具有突出的耐磨损性、耐化学性和阻燃性，可达到半透明状态，但由于容易发黄，故一般用于深色涂层。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纤维织成的基布两面贴上氟树脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造价太高，一般的建筑考虑到成本和性能两方面，很少选用这种膜材，国外的生产厂家也不多。

ETFE

由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，而且机械强度高，加工性能好。ETFE膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。这种膜材透光性特别好，号称“软玻璃”，质量轻，只有同等大小玻璃的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达200℃；可有效的利用自然光，节约能源；良好的声学性能。自清洁功能使表面不易沾污，且雨水冲刷即可带走沾污的少量污物，清洁周期大约为5年。另外，ETFE膜可在现成预制成薄膜气泡，方便施工和维修。ETFE也有不足，如外界环境容易损坏材料而造成漏气，维护费用高等，但是随着大型体育馆、游客场所、候机大厅等的建设，ETFE更突显自己的优势。生产这种膜材的公司很少，只有ASAHIGLAS（AGC）、日本旭硝子、德国科威尔等少数几家公司可以提供ETFE膜材，这种膜材的研发和应用在国外发达国家也不过十几年的历史。刚刚竣工的北京奥运会场馆“鸟巢”和“水立方”膜结构采用ETFE膜材，是目前国内最大的ETFE膜材结构建筑，膜材采用进口产品。“鸟巢”采用双层膜结构，外层用ETFE防雨雪防紫外线，内层用PTFE达到保温、防结露、隔音和光效的目的。“水立方”采用双层ETFE充气膜结构，共1437块气枕，每一块都好像一个“水泡泡”，气枕可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源，并且具有良好的保温隔热、消除回声，为运动员和观众提供温馨，安逸的环境。目前国内膜结构发展振奋人心，随着一些大型体育馆、候机大厅等建设以及2010年上海世博会和广州亚运会等国际盛会的举办，为中国膜结构的发展带来了机遇和挑战。尤其在膜材方面，中国起步晚，技术水平低，大部分膜材还主要依靠进口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市场的主流，应用比较广泛。中国已有PTFE膜材的自主知识产权，性能也基本达到国外同类产品的要求。很多公司、科研单位以及高校都在进行PVC表面涂层材料的研究，如PVDF、纳米TiO2表涂剂等的研究已初见成效，另外在表面防污自洁处理方面的研究如仿生荷叶构筑微粗糙表面也开始起步。在引进世界一流的生产设备和工艺技术的同时，加紧消化吸收并改进创新，尽快开发适合中国市场需求的膜材表面处理技术，对提升中国整个产业用纺织品产品档次和市场竞争力都具有重要意义。

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。

张拉整体结构（Tensegrity）是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的网状杆系结构，其中「不连续的压杆」的含义是压杆的端部互不接触，即一个节点上只连接一个压杆。Tensegrity是美国建筑师 R.B.Fuller首先提出的一种结构思想，他认为宇宙的运行就是按照张拉整体的原理进行的，即万有引力是一个平衡的张力网，各个星球是这个网中的一个个 孤立点。这种结构体系中的索网就相当於宇宙中的万有引力，独立的受压杆件相当於宇宙中的星球。

索膜结构建筑按结构分类为

膜结构建筑形式的分类：

从结构上分可分为：骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构3种形式

⒈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，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大，小规模的空间。

⒉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，也是最能展现膜结 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，所以造价略高于骨架式膜结构。

⒊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：

确保生成形状稳定、应力分布均匀的三维平衡曲面，并能够抵抗各种可能的荷载工况；这是一个反复修正的过程。

张拉膜结构自身重量很轻，仅为钢结构的1/5，混凝土结构的1/40；因此膜结构对地震力有良好的适应性，而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。

尺寸的确定

及对支承结构的有限元分析。当支承结构的设计方法与膜结构不同时，应注意不同设计方法间的系数转换。

包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。

这一过程应具备必要的试验数据，包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值（应通过双轴拉伸试验确定）。

膜结构声学设计

膜结构建筑声学设计通常集中围绕两方面的声学品质进行。第一，如何屏蔽外部噪声对建筑内部的影响；第二，建筑内部轮廓对回声作用与混响时间影响。噪声与回声需要考虑的因素截然不同，但两者必须同时考虑，井评价建筑声环境综合品质。

1，保证膜面有足够的曲率，以获得较大的刚度和美学效果；

2，细化支承结构，以充分表达透明的空间和轻巧的形状；

3，简化膜与支承结构间的连接节点，降低现场施工量。

1，预张力的大小及张拉方式；

2，根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式；

3，考虑膜面及其固定件的形状以避免积水（雪）；

4，关键节点的设计，以避免应力集中；

5，考虑膜材的运输和吊装；

6，耐久性与防火考虑。

1，找形（Form-finding）或更进一步叫“形态理论”；

2，考虑膜材松弛和各向异性下的结构响应；

3，结构在风荷载作用下的动力稳定性；

4，裁剪优化；

5，膜与索及支承结构间的相互作用。

膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。成为化纤纺织品应用的一个重要领域。在中国建筑 结构中也有长足的进展。大阪万国博览会中的美国馆采用了气承式空气 膜结构。这个拟椭圆形、轴线尺寸为 140m×83.5m的展览馆是世界上第一个大跨度的 膜结构，而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物。作为一种真正的现代工程结构聚四氟乙烯（PTFE）涂层的玻璃纤维织物，类似的大型体育馆在北美就建了九座。从面积来说，沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的悬挂膜结构占地42万m2。作为 膜结构一种新形式，索穹顶于1988年首先用在汉城奥运会的体操馆与击剑馆，其后又在一些体育建筑中得到推广。千年穹顶以其独特的 膜结构，显示了当今建筑技术与材料科学的发展水平。目前国内有好多厂家都能生产有PVC涂层聚酯织物，但其性能尚未能完全达到建筑织物的要求，作为建筑用的永久性材料尚需进一步提高。据悉有些公司正在试制有PVDF面层的聚酯织物和PTFE玻璃纤维织物，外观与性能都大有改进。近一段时间来，国外媒体表现出了对中国建筑设计前所未有的关注。2005年12月23日的美国《商业周刊》评选出了中国十大新建筑奇迹，包括北京奥体主会场、国家游泳中心、北京首都国际机场、上海世界金融中心、国家大剧院、中央电视台、上海崇明东滩生态城、当代MOMA、长城脚下的公社、东海大桥（上海）。其中地处北京的建筑就有七家之多。“中国正逐步成为当今最具有创意性建筑和工程设计的舞台。”中国建筑事业的发展，正在为今日最顶尖建筑及工艺技术创造一个舞台。报道首先分析了中国新建筑崛起的经济原因和外部环境。文章说，当全球瞩目北京2008年奥运会时，不单是世界上最快以及最具实力的运动员们正在为争取最高荣誉而加紧努力，新一代的创新建筑也正在北京的土地上拔地而起。由于蒸蒸日上的经济的强大支持，世界上最大的航空港、有节能环保的建筑及世界上最高的室外观光台等将很快一一落户中国。文章列举评选结果说，2008年以前完工的国家游泳中心（水立方）、国家体育场（鸟巢）、国家大剧院等中国公众十分熟悉的知名场馆更理所当然地进入了“十大”之列。从对它们的评价与介绍中可以看到评选者对追求环保、自然的推崇。比如被称为“水立方”的国家游泳中心，是节能环保型的建筑。游泳池内的水将由太阳能加热，泳池的双重过滤装置可实现水的再利用，就连多余的雨水也将被收集和储存在地下的水池中。复杂的工程系统和弯曲的钢结构使得外部结构像一个泡沫，这种独特的结构设计使得“水立方”几乎经得起任何地震的袭击。文章介绍“鸟巢”时写道，为让北京奥运会主会场这个有着91000个座位的、可能是至今最大的环保型体育场获得自然通风，建筑师从自然中获得了灵感，独创了一个未完全密封，但同样能为观众和运动员遮风挡雨的外壳。体育场的外观犹如一个由枝条编织而成的鸟巢；而其内部，从休息室到饭店，每一个分开的空间都是一个独立的单元，从而使自然空气的流通成为可能。文章指出，作为全国最具流行色彩的城市，北京吸引了很多知名建筑大师成就事业。入选的北京“长城脚下的公社”，是由12名亚洲杰出建筑师设计建造的当代建筑艺术作品。北京“当代MOMA”的设计表明了环保创新技术在住宅中应用和它所代表的建筑发展新趋势,堪称大型可持续发展住宅建筑的典范。它采用世界上最大的地源热泵系统，将用来帮助这个由第20层的咖啡馆、干洗店等系列服务设施连接起来的8幢建筑组成的小区，采用最为节能的方式保持恒湿恒温，这是这座建筑的一大亮点。住宅单元还有一大亮点，就是可再利用废水，将厨房和洗脸盆的废水过滤，卫生间循环利用。

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最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。

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：大厅装饰、天井、四季厅、动植物园、公园广场、观景台、舞台、体育场馆、体育看台、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，使膜覆盖空间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。

索膜结构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。

⒈轻质：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。

⒉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照度，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，膜屋面对于人眼来说依然是发亮和透光的，具有轻型屋面的观感。

⒊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。

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。

⒋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。

⒌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、梁等刚性支承构件不发生坍塌，其危险性会更小。

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。

⒍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，并且对于有些功能要求只有它才是最为适合的。

⒎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。

⒏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。

⒐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。

⒑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。

（1）膜结构支架制作质量与钢结构类似，其最大的要求是所有钢构件的表面必须打磨光滑，不得有尖角毛刺，以防划伤膜面。

（2）膜结构支架安装质量主要是几何尺寸和焊缝表面质量。为防止膜面安装后起皱，并保证设计所需的张力，要求膜结构的安装尺寸误差尽可能的小，特别是要控制支架的平行度、对角线等相关尺寸的误差。安装焊缝必须打磨平整，以防划破膜面。

膜结构的制作标准

膜材料、钢索、附件加工必须严格按施工图进行。施工图必须经设计人员、审核人员企业技术负责人员签字后作为加工依据，并存档。

膜结构易发生的事故类型

1.强风作用下膜材撕裂

2.困积雪造成膜材撕裂

3.火灾烧毁