1膜資料物理及力學功能剖析

膜資料主要有PVC膜材， PTFE膜材及ETFE膜材。

2膜結構形狀及特色剖析

2.1 骨架式

骨架式膜結構以鋼構或集成資料構成房頂骨架在其上張拉膜材的結構辦法。?其下部支撐安定性高， 因房頂外型比照單一，開口不易受限制，具有經濟效益高級特色，廣泛使用于任何巨細規模的空間。

2.2 充氣式

充氣式膜結構的基本辦法有氣承式、雙層或多層氣墊式、氣肋式等。充氣式膜結構是將膜材固定于房頂結構周邊并使用送風系統到室內使氣壓上升到必定壓力今后室表里發生必定的壓力差以反抗外力，使用氣壓差來支撐整個結構及外荷載，鋼索僅作為輔佐構件，無需任何的梁柱能夠到達更大的空間，一起施工方便，經濟效益高，但其維護費用貴重，操控氣壓的難度較大，空間密閉和“袋裝效應”等不足限制了其使用。

2.3 張拉式

張拉膜結構以鋼索、鋼結構構件等為鴻溝，經過張拉鴻溝或頂升飛柱等手段給膜面施加張力，以堅持規劃的形狀并接受荷載. 張拉膜結構主要由三有些構成：張拉膜材、加強膜面的脊索或骨索、索膜系統的支撐，支撐主要為鋼結構，也可選用混凝土結構及木結構。其修建外型五光十色，能充分體現修建藝術的辦法，這些年大型跨度空間也多使用以鋼索與緊縮資料構成鋼索網來支撐上部膜材。因為這種結構辦法具有施工需求精度高，結構功能強以及豐富的表現力特色，所以造價略高于骨架式膜結構。

2.3.1 張拉式膜結構的外型

張拉膜結構的基本辦法主要有馬鞍形、傘形（圓錐形）、拱支承形、脊谷形等。鞍形曲面是典型的互反曲面辦法，它由4 個不共面的角點和銜接角點的邊際構件圍合而成在這4個角點中，一般有兩個對角點為高點 ，另兩個為低點。鞍形膜結構的邊際構件能夠是混凝土梁或空間鋼桁架，即構成所謂的剛性鴻溝;也能夠選用邊索，經過對其施加較大的預張力構成柔性鴻溝。因為柔性鴻溝能夠較好地習慣膜面的變形，防止膜面在裝置和受荷過程中呈現褶皺，因此較為常用。傘形膜結構也是常見的張拉膜結構辦法之一，這種結構辦法的特色在于，膜單元的周邊相對位置較低，大都固定在剛性邊梁或柔性邊索上;在膜單元的中部設有一個(或多個) 高點，多經過獨立柱、飛柱或懸掛環的支承來完成;整個膜面呈錐形。此外，為了防止在高點鄰近的膜材內部應力過大，當膜單元跨度較大時一般會在高點和鴻溝支承點之間設置脊索，以改動結構內部的傳力途徑，防止膜材呈現應力會集。傘形曲面還能夠倒置后使用于工程中。拱支式膜結構以拱為膜材供給接連的支承點，結構平面大都為圓形或近似橢圓形。當跨度較大時，常在中心拱與下部邊際構件之間安置正交索網。拱支式膜結構大都用于封閉式修建中。如加拿大加爾格里的林賽公園體育中心即是典型的拱支式膜結構。脊谷形膜結構是在兩高點之間安置相互平行的脊索、在兩低點之間安置谷索， 凹凸相間，曲面呈波浪形，脊索和谷索之間的膜面構成負高斯曲率曲面。當結構跨度較大或荷載較大時，還可在脊索和谷索之間恰當安置一些橫向的加強索。脊谷式膜結構的結構平面大都呈矩形。

2.3.2張拉膜結構的支承系統

張拉膜結構工程按支承結構及鴻溝束縛可分為三種類型：柔性支承系統、剛性支承系統、混合支承系統(剛性支承、柔性鴻溝)。

柔性鴻溝膜結構和剛性支承、柔性鴻溝膜結構，以柔性的鋼索為鴻溝，且銜接膜節點板與支承結構、已有修建或錨固根底的銜接段常做成長度可調理、在其他方向上能夠滾動，以較好地習慣荷載作用下的變形及二次張拉。這種鴻溝辦法格外適用于選用PVC 掩蓋膜材的工程，對規劃及制造、裝置的精度需求也相對較低。國內當前的膜結構工程絕大多數都選用柔性鴻溝。剛性鴻溝的膜結構，膜面的所有鴻溝都為剛性構件。相關于柔性鴻溝而言，剛性鴻溝的膜結構外型更為簡捷、受工程場所束縛少，但其外型受鴻溝的影響更為顯著，且精度需求更高。

2.4 膜結構的找形辦法

關于膜結構，形狀確認是膜結構規劃的要害所在，當前膜結構的找形辦法主要有：力密度法，動力松弛法及非線性有限元法，同濟大學張其林等提出的根據最小二乘法的求解理論，浙江大學的孫炳南教授等提出了綜合力密度法和動力松弛法的找形戰略。聞名的膜結構規劃軟件EASY即是用力密度法找形的。

2.5 節點剖析

節點是膜結構規劃和施工的要害環節，不只關系到構件加工制造的難易，施工的作用還關系到全體結構的耐久性和牢靠性。節點規劃時不只要滿意強度，習慣較大變形的才能，節點和防腐和防水還要充分考慮施工張拉的需求。

節點的銜接主要有膜與膜的銜接、膜與索的銜接、索與索的銜接、膜與支撐構件的銜接、索與支撐構件的銜接。膜與膜的銜接辦法主要有縫合銜接、機械銜接、粘結銜接、熱熔銜接和束帶銜接。膜與索的銜接主要有單邊銜接與雙方銜接。索與索的銜接主要有節點板銜接和夾板夾具銜接。膜與支撐構件的銜接主要有夾板銜接、繩軌銜接和束帶銜接。索與支撐構件的銜接主要有耳板銜接與套箍銜接。

膜結構與傳統的修建結構相比，形體多樣、重量輕，可獲得較大跨度的修建空間，具有較好的經濟效益。膜結構的加工和制造均在工廠內完結，僅在現場裝置即可，與混凝土結構相比大大縮短了了施工工期。 膜結構具有易拆，易建，易搬家和易更新的特色，膜結構具有較低的能耗、較高的反射性和較低的吸光率， 已被廣泛用于大型的體育場館和公共修建。如美國丹佛國際機場，英國的格林威治的“千年穹頂”張拉膜結構。這些年中國的膜結構也有了較快的開展，上海八萬人體育場館變成中國第一個永久性的膜結構工程， 2008年奧運場館“鳥巢”及2010年上海世博軸的建成表明了膜結構在中國得到了較快的開展。這種共同的修建辦法得到了越來越多的關注和開展。這篇文章主要從膜材，膜結構類型的挑選及找形辦法和節點銜接方面剖析了膜結構的特色，并聯系上海世博挪威館剖析了膜結構的使用。

1膜資料物理及力學功能剖析

膜資料主要有PVC膜材， PTFE膜材及ETFE膜材。

2膜結構形狀及特色剖析

2.1 骨架式

骨架式膜結構以鋼構或集成資料構成房頂骨架在其上張拉膜材的結構辦法。?其下部支撐安定性高， 因房頂外型比照單一，開口不易受限制，具有經濟效益高級特色，廣泛使用于任何巨細規模的空間。

2.2 充氣式

充氣式膜結構的基本辦法有氣承式、雙層或多層氣墊式、氣肋式等。充氣式膜結構是將膜材固定于房頂結構周邊并使用送風系統到室內使氣壓上升到必定壓力今后室表里發生必定的壓力差以反抗外力，使用氣壓差來支撐整個結構及外荷載，鋼索僅作為輔佐構件，無需任何的梁柱能夠到達更大的空間，一起施工方便，經濟效益高，但其維護費用貴重，操控氣壓的難度較大，空間密閉和“袋裝效應”等不足限制了其使用。

2.3 張拉式

張拉膜結構以鋼索、鋼結構構件等為鴻溝，經過張拉鴻溝或頂升飛柱等手段給膜面施加張力，以堅持規劃的形狀并接受荷載. 張拉膜結構主要由三有些構成：張拉膜材、加強膜面的脊索或骨索、索膜系統的支撐，支撐主要為鋼結構，也可選用混凝土結構及木結構。其修建外型五光十色，能充分體現修建藝術的辦法，這些年大型跨度空間也多使用以鋼索與緊縮資料構成鋼索網來支撐上部膜材。因為這種結構辦法具有施工需求精度高，結構功能強以及豐富的表現力特色，所以造價略高于骨架式膜結構。

2.3.1 張拉式膜結構的外型

張拉膜結構的基本辦法主要有馬鞍形、傘形（圓錐形）、拱支承形、脊谷形等。鞍形曲面是典型的互反曲面辦法，它由4 個不共面的角點和銜接角點的邊際構件圍合而成在這4個角點中，一般有兩個對角點為高點 ，另兩個為低點。鞍形膜結構的邊際構件能夠是混凝土梁或空間鋼桁架，即構成所謂的剛性鴻溝;也能夠選用邊索，經過對其施加較大的預張力構成柔性鴻溝。因為柔性鴻溝能夠較好地習慣膜面的變形，防止膜面在裝置和受荷過程中呈現褶皺，因此較為常用。傘形膜結構也是常見的張拉膜結構辦法之一，這種結構辦法的特色在于，膜單元的周邊相對位置較低，大都固定在剛性邊梁或柔性邊索上;在膜單元的中部設有一個(或多個) 高點，多經過獨立柱、飛柱或懸掛環的支承來完成;整個膜面呈錐形。此外，為了防止在高點鄰近的膜材內部應力過大，當膜單元跨度較大時一般會在高點和鴻溝支承點之間設置脊索，以改動結構內部的傳力途徑，防止膜材呈現應力會集。傘形曲面還能夠倒置后使用于工程中。拱支式膜結構以拱為膜材供給接連的支承點，結構平面大都為圓形或近似橢圓形。當跨度較大時，常在中心拱與下部邊際構件之間安置正交索網。拱支式膜結構大都用于封閉式修建中。如加拿大加爾格里的林賽公園體育中心即是典型的拱支式膜結構。脊谷形膜結構是在兩高點之間安置相互平行的脊索、在兩低點之間安置谷索， 凹凸相間，曲面呈波浪形，脊索和谷索之間的膜面構成負高斯曲率曲面。當結構跨度較大或荷載較大時，還可在脊索和谷索之間恰當安置一些橫向的加強索。脊谷式膜結構的結構平面大都呈矩形。

2.3.2張拉膜結構的支承系統

張拉膜結構工程按支承結構及鴻溝束縛可分為三種類型：柔性支承系統、剛性支承系統、混合支承系統(剛性支承、柔性鴻溝)。

柔性鴻溝膜結構和剛性支承、柔性鴻溝膜結構，以柔性的鋼索為鴻溝，且銜接膜節點板與支承結構、已有修建或錨固根底的銜接段常做成長度可調理、在其他方向上能夠滾動，以較好地習慣荷載作用下的變形及二次張拉。這種鴻溝辦法格外適用于選用PVC 掩蓋膜材的工程，對規劃及制造、裝置的精度需求也相對較低。國內當前的膜結構工程絕大多數都選用柔性鴻溝。剛性鴻溝的膜結構，膜面的所有鴻溝都為剛性構件。相關于柔性鴻溝而言，剛性鴻溝的膜結構外型更為簡捷、受工程場所束縛少，但其外型受鴻溝的影響更為顯著，且精度需求更高。

2.4 膜結構的找形辦法

關于膜結構，形狀確認是膜結構規劃的要害所在，當前膜結構的找形辦法主要有：力密度法，動力松弛法及非線性有限元法，同濟大學張其林等提出的根據最小二乘法的求解理論，浙江大學的孫炳南教授等提出了綜合力密度法和動力松弛法的找形戰略。聞名的膜結構規劃軟件EASY即是用力密度法找形的。

2.5 節點剖析

節點是膜結構規劃和施工的要害環節，不只關系到構件加工制造的難易，施工的作用還關系到全體結構的耐久性和牢靠性。節點規劃時不只要滿意強度，習慣較大變形的才能，節點和防腐和防水還要充分考慮施工張拉的需求。

節點的銜接主要有膜與膜的銜接、膜與索的銜接、索與索的銜接、膜與支撐構件的銜接、索與支撐構件的銜接。膜與膜的銜接辦法主要有縫合銜接、機械銜接、粘結銜接、熱熔銜接和束帶銜接。膜與索的銜接主要有單邊銜接與雙方銜接。索與索的銜接主要有節點板銜接和夾板夾具銜接。膜與支撐構件的銜接主要有夾板銜接、繩軌銜接和束帶銜接。索與支撐構件的銜接主要有耳板銜接與套箍銜接。

3上海世博挪威館實例剖析

海世博挪威館主體結構為木結構，頂面為膜結構。上海世博挪威館的主體結構由15顆樹構成，樹與根底經過預埋螺栓銜接，樹與膜結構用預埋鋼板和銜接件銜接，四周以采光較好的玻璃幕墻作為圍護結構。經過各種膜資料物理力學功能和報價的比照剖析，挪威館選用了PTFE膜材，考慮到與木結構的聯系及排水和避雷規劃，該館選用EASY軟件進行了找形剖析，選用了張拉式膜結構中的馬鞍型式。該馬鞍型結構在高點設置避雷，在低點設置集水盒用于掃除雨水。

3.1 挪威館的頂面膜結構

挪威館的頂面膜結構由四角點帆船膜、眼角膜和蓋膜三有些構成。帆船膜的四角別離與樹枝的四個角點相連經過銜接件和預埋鋼板焊接相連， 帆船膜之間用束帶相銜接，眼角膜與帆船膜用熱熔辦法銜接，其疊合寬度為10cm，膜結構與木結構經過鋼板預先與木結構上的預埋鐵件焊接，然后經過螺栓與鋼板銜接。

四角帆船膜眼角膜蓋膜

3.2 節點銜接

木結構樹干與樹枝的用鋼銷釘銜接，各個樹枝的經過高強度螺栓與預埋于樹枝的鋼板銜接， 膜結構與樹枝有些經過銜接件與預埋于木結構的鋼板進行焊接。銜接件為了防止發生應力會集選用弧形過渡。膜材與銜接件經過加強PTFE束帶銜接。束帶經過對稱設置確保了傳力的均勻性到達了預期作用。在帆船膜完結后，在其上用熱熔法覆上蓋膜，到達了杰出的防水作用。

3.3節點的防水處置

膜結構節點的防水處置是節點處置的要害，挪威館的防水處置選用的處置辦法：

首先將雨水集水盒放置在四個樹枝預埋鐵件交接處的最低點，與沿樹枝的雨水管經過一段熱鍍鋅的鋼管相連，鋼管與集水盒經過焊接辦法銜接在一起，集水盒用一樣的膜資料經過打膠進行包邊處置確保了整個集水盒的密封性。

4定論

（1）這篇文章剖析了各種膜材的物理力學特性，進行了比照剖析，聯系造價等要素挑選了PTFE作為挪威館的膜材。

（2）這篇文章總結了膜結構的三種基本的型式和找形選用的辦法，并側重剖析了張拉式膜結構4種常見的外型，聯系挪威館的實際情況選用了馬鞍式的結構外型，并用EASY軟件進行了找形剖析。

（3）挪威館選用木結構作為支撐系統，支撐頂面的膜結構，膜結構與木結構經過預埋鋼板與銜接件銜接，傳遞途徑明確，受力均勻合理，經過選用馬鞍型辦法，高點避雷，地址防水，防水結構簡練牢靠，收到了杰出作用，證明了木結構與膜結構聯系的可行性與牢靠性。

3上海世博挪威館實例剖析

海世博挪威館主體結構為木結構，頂面為膜結構。上海世博挪威館的主體結構由15顆樹構成，樹與根底經過預埋螺栓銜接，樹與膜結構用預埋鋼板和銜接件銜接，四周以采光較好的玻璃幕墻作為圍護結構。經過各種膜資料物理力學功能和報價的比照剖析，挪威館選用了PTFE膜材，考慮到與木結構的聯系及排水和避雷規劃，該館選用EASY軟件進行了找形剖析，選用了張拉式膜結構中的馬鞍型式。該馬鞍型結構在高點設置避雷，在低點設置集水盒用于掃除雨水。

3.1 挪威館的頂面膜結構

挪威館的頂面膜結構由四角點帆船膜、眼角膜和蓋膜三有些構成。帆船膜的四角別離與樹枝的四個角點相連經過銜接件和預埋鋼板焊接相連， 帆船膜之間用束帶相銜接，眼角膜與帆船膜用熱熔辦法銜接，其疊合寬度為10cm，膜結構與木結構經過鋼板預先與木結構上的預埋鐵件焊接，然后經過螺栓與鋼板銜接。

四角帆船膜眼角膜蓋膜

3.2 節點銜接

木結構樹干與樹枝的用鋼銷釘銜接，各個樹枝的經過高強度螺栓與預埋于樹枝的鋼板銜接， 膜結構與樹枝有些經過銜接件與預埋于木結構的鋼板進行焊接。銜接件為了防止發生應力會集選用弧形過渡。膜材與銜接件經過加強PTFE束帶銜接。束帶經過對稱設置確保了傳力的均勻性到達了預期作用。在帆船膜完結后，在其上用熱熔法覆上蓋膜，到達了杰出的防水作用。

3.3節點的防水處置

膜結構節點的防水處置是節點處置的要害，挪威館的防水處置選用的處置辦法：

首先將雨水集水盒放置在四個樹枝預埋鐵件交接處的最低點，與沿樹枝的雨水管經過一段熱鍍鋅的鋼管相連，鋼管與集水盒經過焊接辦法銜接在一起，集水盒用一樣的膜資料經過打膠進行包邊處置確保了整個集水盒的密封性。

4定論

（1）這篇文章剖析了各種膜材的物理力學特性，進行了比照剖析，聯系造價等要素挑選了PTFE作為挪威館的膜材。

（2）這篇文章總結了膜結構的三種基本的型式和找形選用的辦法，并側重剖析了張拉式膜結構4種常見的外型，聯系挪威館的實際情況選用了馬鞍式的結構外型，并用EASY軟件進行了找形剖析。

（3）挪威館選用木結構作為支撐系統，支撐頂面的膜結構，膜結構與木結構經過預埋鋼板與銜接件銜接，傳遞途徑明確，受力均勻合理，經過選用馬鞍型辦法，高點避雷，地址防水，防水結構簡練牢靠，收到了杰出作用，證明了木結構與膜結構聯系的可行性與牢靠性。