三、 从帐篷到永久性建筑
过去人们习惯地把膜结构看作是个帐篷，而帐篷只能算是一个临时性建筑——不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了，其中的关键问题就是材料。
当初大阪博览会上的美国馆，由于是临时性的展览建筑，采用的膜材是涂覆聚氯乙烯（PVC）的玻璃纤维织物,算不上先进,但在强度上也经受了两次速度高达每小时 140km以上台风的考验。通过这个工程使设计者认识到,需要一种强度更高、耐久性更好、不燃、透光和能自洁的建筑织物,70年代美国制造商开发的玻璃纤维织物即满足了如上的要求。主要的改进是涂覆的面层采用了聚四氟乙烯（PTFE,商品名称 Teflon一特氟隆）。这种材料于1973年首次应用于美国加利福尼亚拉维思学院一个学生活动中心的屋顶上。经过20多年的考验,材料还保持着70-80%的强度,仍然透光并且没有褪色，拉维恩学院膜结构的使用经验表明,涂覆PTEE面层的玻璃纤维织物,不但有足够的强度承受张力，在使用功能上也具有很好的耐久性，从乐观的估计来说,这种材料的使用年限将远不止当初所估计的25年。
与此同时，一种价格比较低、涂覆PVC的聚酯织物在性能上也有很大的改进。制造商在原来的涂层外面再加一面层，比较成熟的有聚氟乙烯（PVF,商品名Tediar）和聚偏氟乙烯（PVDF），这种面层不但能保护织物抵抗紫外线,而且大大地改进了自洁性，这样就把聚酯织物的使用年限提高到15年；得以在永久性建筑中使用。
1975年在美国密执安州庞提亚克兴建了平面尺寸为 243.9X183m的“银色穹顶”，这是第一次将气承式膜结构应用于永久性的大型体育馆。其后在北美地区，类似的膜结构就建了9座，其中象美国的明尼阿波利斯和加拿大的温哥华均位于北方地区。虽然象这样的充气结构也发生过几次不愉快的坍塌事故，但是膜结构终于登堂入室，进入永久性建筑的行列。日本在徘徊了 10多年之后，也在1988年修建东京后乐园棒球场时采用了气承式膜结构。
早期修建的膜结构大多是开敞式或位于气候温和的地区，还没有充份发挥膜材的围护能力，那么在寒冷和多雪地区，将是对膜结构作为永久性建筑的真正考验。1983年在加拿大加尔格里建成的林赛公园体育中心就是一个例证。在这座椭圆形的建筑中，游泳馆和田径馆各占一半，以一根横跨122m的格构式钢拱将两者分开。在钢拱与周边圈梁之间的钢索网支承着折线形的膜材屋面，采用涂覆PTEE的玻璃纤维织物，索网下设有纤维棉的保暖层，屋顶不但能防寒,还能透过4％的光线，这就足以在白天不用人工采光。此外在保暖层下面还有一层很薄的蒸气绝缘层,能起吸音作用。
位于号称日本“雪国”的秋田县，最深积雪可达 150cm。1990年建造了“天空穹顶”体育馆，其外形从球体截取，长边为130m、短边为100m。这座体育馆的设计构思来源于当地著名的“雪窑洞”，但置身其中又有在户外的感觉。屋盖承重是正交的格构式空间拱系，沿长方向采用空腹拱并设有钢索，沿短方向采用钢管拱。长向钢索被用来对膜面施加张力，同时与骨架在屋面形成V形槽沟，以便于雪滑落。紧贴屋面的钢管拱被用作输送暖风的通道，既起到融雪的作用，也解决了膜面的结露问题。膜材为单层玻璃纤维织物，透光率可达10％，在场中仰望屋顶，给人以通透明亮的感觉。在寒冷地区建造大跨度膜结构，秋田“天空穹顶”是一个成功的范例。

四、 膜的交承——空气、索或骨架
膜材屋面以什么支承，始终是膜结构设计中有待于探索的问题。也许当初是从气球或橡皮艇受到的启发，人们考虑以空气为支承，就是向气密性好的膜材所覆盖的空间注入空气，利用内外空气的压力差使膜材受拉，结构就具有一定的刚度来承重。早在第二次世界大战后期，美国就曾用气承式膜结构建造了一些小直径的雷达罩棚用于军事目的，而大阪博览会的美国馆则是大跨度气承式膜结构的里程碑。在大阪博览会上还出现了一种气胀式膜结构，即将膜材本身做成一个封闭体，注入空气的压力要比气承式大得多。象富士馆就是以轮胎状的半圆形筒体组成50m直径的圆顶，在节日广场大跨度网架上，铺设的屋面板是上下两层，其为聚酯膜材，10.8m见方的充气板。
气承式膜结构用作大跨度体育馆屋顶,建成之后由于在恶劣天气时维护不当,曾出现过好几次事故,轻者屋面下瘪，重者膜材被撕裂，砸坏了下面的设施。这些事故虽然只造成一些财产的损失，并没有人员伤亡，但在公共建筑中屋面出问题，还是引起了公众的关注，甚至对气承式膜结构是否安全也产生了疑问。 1986年以后，在美国建造的大型体育馆就没有采用过空气膜结构，对于有些已建成的体育馆，其膜材将达到保证的使用年限，需改建时也不再考虑采用气承式膜结构。不过由于其造价低廉、安装方便，中小跨度的健身房、网球馆、仓库等，气承式膜结构还是受到欢迎。
对膜结构能否用在永久性建筑上一向比较慎重的日本，却在东京后乐园采用了气承式膜结构。它在构造上与以前在美国建造的空气膜结构没有什么差别，其主要特点是在屋顶上采用了先进的自动控制系统，同时屋面膜材为双层，其间有循环的热空气，以融化雪。这个号称为机械、电子与土建相结合的智能建筑，确保了膜结构的安全与体育馆的正常运行。然而，曾几何时，昂贵的运转与维持费用又使后乐园背上了沉重的经济包袱。近年来日本大量建造穹顶，而没有继续采用气承式膜结构。1997年日本熊本公园体育场主屋盖采用了加劲索的双层气胀式膜结构，使空气再一次作为膜的支承。熊本穹顶融合了车轮型双层圆形悬索和气胀式膜结构的特点，成为一种新型的杂交结构。直径107m的圆形屋顶宛如一朵浮云覆盖着体育馆，双层膜之间的充气量远小于要对整个室内空间充气的气承式膜结构。一旦漏气，屋盖还可由钢索支承，不至于塌落。
美国工程师盖格（D.Geiger）是气承式膜结构的先驱者，他设计了大阪博览会的美国馆，其后又将改进的玻璃纤维膜材用于“银色穹顶”。由于气承式膜结构出现过的多次事故，使他察觉到空气支承的潜在缺陷，转而寻求其他的支承方式。在此之前，美国的发明家和工程师富勒（B.Fuller）提出了“张拉整体（Tensegrity）”的概念,即以连续的受拉钢索为主，以不连续的压杆为辅，组成一种结构体系，然而他的概念始终没有在工程中实现。盖格创造性地把这个概念运用到以索、膜与压杆组成的“索穹顶”（cable dome）设计上，荷载从中心受拉环通过一系列幅射状脊索,受拉环索与斜拉索传到周围的受压圈梁上。索穹顶首先用在1986年韩国汉城奥运会的体操馆与击剑馆上，其直径分别为120m与93m。其后又得到了不断的发展，跨度最大的是美国佛罗里达州的“太阳海岸穹顶”，直径达210m。此外，美国李维（M．levy）也继承了“张拉整体”的构想，并采用了富勒的三角形网格，设计了双曲抛物面的张拉整体穹顶，其代表作就是 1996年在美国亚特兰大举行的奥运会主馆——佐治亚穹顶，这个240mX192m的椭圆形索膜结构成为世界上最大的室内体育馆。主要依靠索来支承膜的索穹顶是膜结构体系的一大进展。
膜材也完全可以支承在平面或空间结构上，如拱、网壳等，其材料可选用钢、木或铝合金。象日本秋田天空穹顶采用了钢结构的空间拱系，而位于同一地区的大馆穹顶，178mX157m卵形平面上以双向胶合木拱支承着双层膜面。膜结构还可以采用桅杆作为支承，赋予建筑立面以新的变化,第一个采用涂覆PTFE玻璃纤维织物的拉维思学生活动中心屋顶由4个圆锥形的帐蓬组成，每一个圆锥体有一倾斜 15度的桅杆，支承膜材的钢索就由桅杆顶部幅射状地伸向周围的圈梁。英国千年穹顶的12根桅杆穿出了屋面，膜面支承在72根幅射状的钢索上，这些钢索则通过斜拉吊索与系索由桅杆所支撑，吊索与系索对桅杆起稳定作用。在这些建筑中，传统的承重结构与先进的膜面形成了完美的结合。
从多年来国内外的实践经验来看，由于新材料、新形式的不断出现，膜结构具有强大的生命力，必将是21世纪建筑结构发展的主流。它的应用范围不仅限于体育或展览建筑，已向房屋建筑的各个方面扩展，因而具有广阔的发展前景。在中国，膜结构的开发与研究还刚刚起步，因此当务之急是学习并引进国外先进技术，开发生产我国自己的膜材，解决设计中存在的问题。膜结构在中国也将会得到越来越多的应用。

索膜结构、技术汇总

索膜结构、技术汇总
1 索膜建筑语言表述特征
自从被尊为索膜建筑与结构技术先驱的德国建筑师弗赖•奥托（Frei Otto）第一次在1967年加拿大蒙特利尔博览会德国馆创造性地大规模成功运用了索膜建筑技术到今天,索膜建筑已经历了几次起伏,每一次的起伏都使当代高新技术更广泛地介入并将索膜建筑技术推向一个新高潮。索膜建筑之所以能得到今天这样广泛的应用，与近年来高新科技的发展对社会、环境、艺术和当代生活等方面的深刻影响不无关系,当今对技术的尊崇已成为一种时尚。
众所周知，罗杰斯（Rogers）和皮亚诺（Piano）的蓬皮杜中心设计第一次向世人展现了所谓后现代主义“高技派”建筑，而他们近年来在建筑的技术表现和索膜建筑方面的卓越实践，则在更高层次上达到了建筑与技术的高度和谐统一。当然，以往的所谓“高技派”和今天的“理性技术表现”实在不可同日而语。以往的“高技派”只是把”技术”作为一种符号，利用反叛“现代主义”所形成的“对比反差”实现他们构想的新理念，体现他们的建筑新思维。今天的“理性技术表现”才是真正把技术逻辑和技术手段作为建筑艺术表现的基础，在此基础上，对真实的技术逻辑加以升华和提炼，追求技术与艺术的完美结合。
索膜建筑所表达的“建筑语言特征”呈现明显的“理性技术表现”倾向，高耸的桅杆、异型空间钢结构体系、坚如射束的根根钢索、富于机械艺术表现魅力的钢制大型节点、充满张力自然曲线的变幻膜体以及其他技术可望而不可及的大跨度自由空间，都给人以艺术感染力和某种程度上的技术神秘感，使索膜建筑更富于强调理性技术逻辑的表现特征。
索膜建筑是伴随着当代电子、机械和化工技术的发展而逐步发展的，是现代高科技在建筑领域中的体现。随着现代科技的进一步发展，使人类面临着保护自然环境的使命，因此，天然材料和传统的古老建筑材料与技术必将被轻而薄且保温隔热性能良好的的高强轻质材料所取代。索膜建筑技术在这项变革中将扮演重要角色，其在建筑领域内更广泛的应用是可以预见的。
近年来，我国建筑市场对索膜建筑技术的需求明显有大幅度增长的趋势，国外各大著名索膜技术专业公司纷纷“登陆”我国，如英国的布罗•哈波尔德（Buro Happold）和兰德雷（Landrell）美国的盖格（Geiger）、伯戴尔（Birdair），日本的光行太羊（Taiyo Kogyo）以及一些索膜专业制作商，这些企业的“登陆”己经带动了我国索膜建筑事业的大发展，可谓前程似锦。
2 索膜建筑的分类
索膜建筑的分类众说纷纭，其实还是可以从结构方式上简单地概括为张拉式、骨架式、充气式三大类：
2．1张拉式：张拉式索膜建筑可谓索膜建筑的精华和代表。由于其建筑形象的可塑性和结构方式的高度灵活性和适应性，此种方式的应用极其广泛。有人又将张拉式再分为索网式、脊谷式等等。张拉式索膜体系富于表现力、结构性能强，但造价稍高，施工精度要求也高。
2．2骨架式：骨架式索膜建筑常在某些特定的条件下被采用，是由于其结构方式本身的局限性：骨架体系自平衡，膜体仅为辅助物，膜体本身的强大结构作用发挥不足等，有人将其称之为二次重复结构。骨架方式与张拉方式的结合运用，常可取得更富于变化的建筑效果。骨架式索膜体系建筑表现含蓄，结构性能有一定的局限性，造价低于张拉式体系。
2．3充气式：充气式索膜建筑历史较长，但因其在使用功能上明显的局限性，如形象单一、空间要求气闭等，使其应用面较窄。但充气式索膜体系造价较低，施工速度快，在特定的条件下又有其明显的优势。
3 索膜建筑的灵魂——预张力
索膜建筑之所以能满足大跨度自由空间的技术要求最关键的一点就是其有效的空间预张力系统。有人把索膜建筑称为“预应力软壳”，是预张力使“软壳”各个部分（索、膜）在各种最不利荷载下的内力始终大于零（永远处于拉伸状态），从而使“软壳”成为空间整体工作的结构媒体和建筑围合材料，双栖于建筑与结构两界。预张力在索膜建筑中的关键作用是：
1）使索膜建筑富有迷人的张力曲线和变幻莫测的空间；
2）使整体空间结构体系得以协同工作；
3）使体系得以覆盖大面积、大跨度无自由空间
4）使体系得以抵抗狂风、大雪等极不利荷载状况；
5）使膜体减少磨损、延长使用寿命，成为永久建筑；
6）使索膜建筑得以顺畅排水；
7）使索膜建筑成为“可上人屋面”，为检修提供便利条件。
应当指出的是：预张力不是在施工过程中可随意调整的“安装措施”，而是在设计初始阶段就需反复调整确定的，在设计与施工全过程中务必确保的核心与关键。从这个意义上讲，没有经过精心设计的适当预张力措施的膜体覆盖物，不属于索膜建筑范畴。

4 索膜建筑方案设计基本要素
4．1环境：建筑设计越来越注重环境，与整体环境的关系是否和谐早已成为人们评判建筑设计成功与否的关键。索膜建筑在空间和平面布局上的高度灵活性，使其往往与周边环境极其自然地融为一体。有意识地去运用索膜建筑的自由形态以形成空间上聚聚合合、若分若离的多层次变换，是专业索膜建筑师应具备的基本修养。
4．2对比与协调：同一般建筑设计一样，“对比与协调”同样是索膜建筑师的“看家宝”。与一般建筑设计不同的是，其对比手法的运用可能更多一些。因为在城市中，大量的建筑形象处于矩形序列的变化之中，而索膜建筑所呈现的技术表现形象却与众不同，它那不加修饰且简洁明丽的动感外观，若加以巧妙运用，则可起到“画龙点睛”和“提气醒神”的效果。 协调的手法也是索膜建筑常用的处理技巧之一，互相衬托、甘居配角常常更能起到良好的烘托作用，使整体效果达到新的高度。
4．3“超尺度”的应用：由于索膜建筑本身的结构技术特性，使其本身往往呈现超尺度的建筑表现。运用超尺度的对比达到更高层次的尺度协调是索膜建筑方案设计中常用的手法。
4．4色彩与夜景效果的应用：由于PVDF（聚偏氟乙烯膜材表面涂层）以及PTEE（聚四氟乙烯膜材表面涂层）等材料均未妥善解决色彩添加的问题，目前膜材以白色为主。
索膜建筑的夜景效果异彩纷呈，有明显的“建筑可识别性”和商业效应。膜材本身的透光性和彩色泛光照明的运用，是夜景效果的关键。
5 索膜建筑设计中建筑与结构的结合
一般建筑设计中建筑与结构的矛盾在索膜建筑的设计中无可选择地变成了完美的结合。索膜建筑方案实质上也须同时是索膜结构体系方案，方案起始于索膜结构的初步思考。索膜建筑师必须对索膜结构体系有较深刻的理解，明了体系的工作原理。在索膜建筑设计中必须综合考虑：
1）体系受力是否均匀（可用设计软件进行初步成型检验）；
2）是否能保证体系在预张力的适当控制下（可用设计软件进行初步计算检验）；
3）是否合理选择了预张力施加机构的设置位置及方式，能使预张力顺畅地向各方向传递，保证预张力施加机构正常工作的同时满足视觉和使用功能要求（根据经验与结构工程师反复协商确定）；
4）能否避免过大推力或拉力，以免使相关结构难以承受（可用设计软件进行初步计算并找出最不利反力发生的位置），
5）是否可使体系各点在最不利荷载下避免产生过大的位移以至影响建筑的正常使用，
6）各基础及锚座的位置和尺寸是否满足视觉美 学要求和功能使用要求，并应特别注意各拉锚点不 致影响人行或车行交通；
7）是否能保证合理顺畅的排水并合理选择无组 织排水或有组织排水方式。索膜建筑的排水坡度要 求大于一般建筑（可用设计软件或根据经验加以判 断）；
8）从结构受力、加工制作和视觉效果等方面综 合考虑膜材焊缝的布置和走向。
9）考虑关键节点的位置及预张力施加机构的设 置位置对建筑整体效果的影响。
10）考虑索膜边界的构造做法及对建筑整体效 果的影响。
11）保证各节点的防水构造措施合理有效。
12）适当考虑合理的保温隔热措施，组织有效 的自然通风和排气，最大程度地降低使用能耗。 从上述各点可明显看出，索膜建筑方案设计的 过程实际上与索膜结构方案设计和技术设计不可分 割，索膜建筑事业的发展需要大批熟悉索膜建筑设 计、了解索膜结构技术并能熟练地加以运用来进行 建筑创作的索膜专业建筑师。如果索膜建筑方案只 能依靠索膜结构工程师或制作商来完成索膜建筑 事业必将流于“工匠作坊”的“蹩脚货”，其蓬勃的 生命潜质将被湮灭。 从现阶段来讲，非索膜建筑专业建筑师在进行 索膜建筑方案设计时，应设法多了解索膜建筑与结 构技术，如条件不具备，则最好在方案期间就尽早 与索膜结构专业人员取得联系，以免被动。
膜结构的裁剪制作方法
1．裁剪方法简介　
　　膜结构的裁剪拼接过程无论如何都是会有误差的，这是因为首先用平面膜片拼成空间曲面就一定会有误差，其次膜布是各向异性非线性材料，在把它张拉成曲率变化多端的空间形状时，不可避免的会与初始设计形状有出入。迄今为止，已建立了很多种方法来处理这一问题。很难评价哪个方法的精确度一定就高，但还是有几个标准可以用来判断这些裁剪方法是否实用。那就是可靠性、灵活性和完成时间。
2．膜结构交互式裁剪过程
裁剪缝的布置
布置膜结构表面裁剪缝时要考虑以下几个因素:
1）表面曲率
　　以前的裁剪方法都无法给出曲面任一点处的曲率。而本软件因为采用的是曲面膜单元，所以可以得到每个单元的曲率。如果相邻单元曲率相差很大，说明在这个位置，曲面扭曲的很严重，如果裁剪缝在此处不切断重新开始，那么裁剪膜块的边界在此处就会有很大的弧形。从相邻单元曲率的变化趋势，可以判断出测地线的大致走向。
2）膜材料的幅宽
　　找形分析过程中的平面网格划分时，就要考虑到膜材料的幅宽。尽量使一块膜布中包含的膜单元是完整的，否则还要通过插值计算确定膜块边界点的位置。
3）边界的走向
　　如果边界比较平直，可以考虑用一个膜块的长边作为这条边界。否则只能用多个膜块的短边拼接成这条边界。
4）美观
　　因为膜材料具有透光性，实际结构中可以清楚地看见焊缝，所以裁剪缝的布置一定要规则、合理，最好能形成一些漂亮的图案以增加结构的美感。如果膜表面设置有压索或脊索， 那么最好使裁剪缝与压索或脊索重合，使索不至于打乱焊缝的图案布置。

膜结构起源和发展
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。像许多专利申请案一样，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•贝尔德的人为美国军方做了一个直径 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年的专利付诸实用。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，其中最受人注目的是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日本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，将基地挖一大坑，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，成为永久性的建筑。正在此时，美国福特基金会下属的教育设施实验室给盖格公司一笔资金，用来开发此种永久性的建筑膜。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，五家共同开发永久性的结构膜。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，永久性的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，从此永久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，最通用的是聚乙烯膜。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
以上两种最简单的膜结构，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。由于膜结构需要精确的设计及剪裁，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。为世界最大之室内体育馆。
7)钢索穹顶
1980年左右，盖格先生又创造了使用永久性结构膜的新技术，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对抗地心吸引力，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。
这一发明取得了专利。因其不需空气支撑，操作比较简便，故在大型场馆的建设中，逐步取代了气撑式膜结构。钢索穹顶在结构技术上，用预应力的原理建立了一种完全突破传统思维的新概念。
将钢索结构加上预应力，使得原来应是压力的杆件亦成了张力件，并以钢索取代，由此压力杆件的数目减少，而形成非常轻巧的穹顶结构。传统的钢架结构自身重量随跨度加大而急剧增加，但在钢索穹顶的结构系统中，单位重量永远保持不变。这在结构学的理论上，是一个突破。
钢索穹顶的结构系统，亦可配以其他传统建材，如钢板、玻璃等，结构自重不会超过20Kg／m2，是一项高功效、多用途的新技术。
钢索穹顶的特点在于:
1）单位重量轻：一般说来建筑在 70m—300m之间时，其平均自重（包括所有构件）均在15kg／m2—25Kg／m2范围内。而且无论跨距多大，单位面积自重，都不会超过250 Kg／m2。
2）形状多样化：通常做大跨距结构都是用圆形拱顶，但钢索穹顶可有许多选择。
3）屋顶面材有多种选择：钢索穹顶是张力拱，可以接受任何块状屋面材料，如钢板、玻璃、结构膜等。一般都将钢索穹顶和结构膜联想在一起；但并非必然如此。
4）施工方便、工期短：因为单位面积重量轻，施工机具及吊装设备用的较小，大部分钢索、杆件都在地面组装，只要将斜拉索张拉，即可将整个屋顶逐渐举起，几乎不需临时支架。
5）不漏雨，无维修：大型屋顶遇到的最大问题是漏雨，通常传统的拱形屋顶，因受日照及其他气候因素影响，屋面材料5年—7年就会老化。一般情况下越大的屋顶，漏雨问题越不好处理。如果钢索穹顶和结构膜一齐使用，则可一劳永逸地解决漏水问题，张力膜紧绷在张力钢索网上，热胀冷缩只会使膜的预应力略为加减；而不会被破坏。
永久性的结构膜，因为有特氟隆面层，可吸收紫外线，故老化现象十分缓慢，保守而合理的推断可连续使用40年—50年。最早建造的位于圣塔•巴巴拉的加州大学的膜结构已有28年，如今依然完好如新。因为不老化，故无需修理及维护，十分经济。
6）防风、抗震、防火、抗酸、碱、盐：永久性膜的单位张力在100Kg／cm以上，可抗飓风。表面涂料及布心的玻璃纤维，皆不自燃。因为自重只及传统钢拱屋顶的1／12，故对地震水平力的减低至为可观。特氟隆涂料的化学稳定性，对任何强酸、碱、盐份，皆无反应。

国内膜结构实例
一、体育建筑：
1、青岛颐中体育场罩篷
青岛颐中体育场为我国第一个自行设计和安装、采用整体张拉式索膜结构体育场工程。罩篷是由60个锥形膜单元组成的脊谷式张拉膜结构，长轴266米，由86米长的直线段和两端半径为90米的半圆弧组成，短轴180米；立柱顶点标高42.5米，内环索标高约36.5米，篷盖悬挑沿周边均约40米；膜覆盖面积（投影面积）约30,000平方米，可容纳6万名观众。
整个篷盖由钢结构支撑系统、钢索、膜组成的一个典型索膜张拉体系，每个单元由一个立柱支撑，通过谷索、脊索、内外边索的张拉作用成形。
膜材料选用法国 FERRARI 1302 T。
2、义乌市会展体育中心体育场
义乌市体育场膜结构篷盖由两片沿主看台对称布置的梭状索膜结构体系组成，总覆盖面积约16，000平方米；它们是由钢桁架（脊）、谷索、边索、上拉索及灯光塔架共同组成的空间张拉膜结构体系。每片膜篷盖由大小不等的13个波浪式膜单元组成，形成自然曲面单元；钢桁架与谷索一端与看台钢筋混凝土框架外环柱连接，另一端与主内边索相连，主内边索再由上拉索与两边的灯光塔架连接。通过一定的手段张紧谷索，来完成向体系内部施加所需的预应力，使整个体系产生足够的刚度，以抵御外部荷载作用，并能很好地控制结构体系的位移和变形。
主内边索矢高40米，灯光塔架高60米，钢桁架向内最大悬挑49米，向外悬挑6.3米；内外边索中预应力分别为110KN和45KN，谷索中预应力70KN；最不利工况下主内边索最高点向上位移302mm，向下位移208mm。
膜材料选用FERRARI 1302T 。
3、秦皇岛体育中心体育馆
秦皇岛体育馆可容纳约5，400个观众。屋盖系统中间为一跨度85.86米的钢拱架支撑双层膜结构体系，膜覆盖面积约3，100平方米；两翼为钢桁架网壳金属板结构。
本工程双层膜屋面系统是通过中央顶升桁架一次顶升同时完成，即内外层膜同时达到其各自的设计位置及应力状态，对设计、制作、施工等过程的精度要求很高。
膜材选用德国FR-1000型。
二、演出场馆
1、 长沙世界之窗大剧院
长沙世界之窗大剧院的建筑平面近似为扇形，膜后端部与已有的建筑物山墙连接，整体膜结构部分由5个跨度不等、高度不等的双伞状单元组成，最大跨度为86.58米，柱最高点标高28米，总长54米，膜覆盖面积约为6,100平方米。
膜单元由二根内排柱顶起，二顶点之间布置脊索；膜单元之间相互连接，其上压以谷索，谷索两端与外排柱相连接，再通过外拉索引向锚座；锚座所受的最大拉力约为1200KN，根据当地施工条件，锚座基础选定为斜拉锚杆；外排柱最大压力约600KN，与基础销接连接；内排柱最大压力约为950KN，预应力状态下约550KN，并选定了通过顶升10个内柱（二排）的方法来给体系施加整体预张应力，这种柱称做"杰克"（JACK）柱。
本工程采用美国SHELTER-RITE 9032 型TEDLAR膜材料，为白色不透明材料。满足设计强度、耐火、耐久、自洁等各项性能指标。
2、深圳华侨城欢乐谷中心表演场
深圳华侨城欢乐谷中心表演场是用于表演、演出等综合性的文化娱乐设施。结构布置平面呈圆形，钢柱、钢拱梁和外拉索的支座分别位于直径为63米、86米和98米的同心圆上，膜水平投影面积约5,800平方米。整个建筑是由15个锥形膜单元组成，每个锥形膜单元的顶点由一根钢柱支撑，从而形成脊谷式膜单元布置，脊索和谷索相间布置形成膜体的支撑和起伏，并传递主要的风荷载和活（雪）荷载。为增加建筑效果，中心环向左偏离圆心8M，且有一定倾角；柱顶标高从左至右依次增加0.6M，整个形状似一银白色的外星飞蝶。
膜体布置内边界在直径为10米的刚性中心环上，中心环由15根吊索悬起拉向各柱顶，整个体系的竖向荷载通过中心环经过吊索传至15根F610×14mm的钢柱上，再在柱顶部转换成30根外拉索拉向外锚座。外边界连接在15根F325×8mm的钢拱梁上，通过设置在弧梁中间的外拉索与外锚座相连。
膜材料选用德国FR-1000，具有不透光（根据功能需要选定的）、自洁、阻燃等特性。
3、大连金石滩影视艺术中心
大连金石滩影视艺术中心为大连模特学校学生表演场及日常训练场。本工程为骨架式双层膜结构，主体膜结构为半个椭球钢网壳上面直接覆盖膜材料，椭球网壳平面长轴60米、短轴45米、高16米，放在倾斜的钢筋混凝土环梁上面并与预埋钢板焊接；环梁最低点标高3米，最高点标高10米；为提高其保温隔热性能，本工程采用了双层膜，膜层间距475mm，外层膜展开面积约3，200平方米，膜体在加工厂整体焊接完成，现场一次安装到位。
内外层膜分别选用法国 FERRARI PRECONTRAINT 502、1202 T。
三、展览场馆
中国国际高新技术成果交易中心
位于深圳新中心区、深南路和益田路交会处的中国国际高新技术成果交易中心，膜覆盖面积为2500平方米的，此建筑成为展区空间序列的主旋律，营造出了颇有美感的空间环境，并与深圳新中心区渗透着开放理念的城市设计原则相吻合，更重要的是这一空间很好地将平面上各建筑完美的结合起来，成为交易中心整体建筑的点睛之笔、未来新市区城市景观的重要组成部分。该工程从设计到交付使用仅用了3个月的时间。
四、会所
青岛馥香谷会所
青岛馥香谷会所为集超市、健身、阅览室、办公室等为一体的综合性建筑。屋盖由八片膜组成。覆盖面积约1,300平方米，
八榀弧桁架上端均通过三个节点在标高16.5米处与分布在椭圆上的八根钢筋混凝土柱铰接连接，下端通过两根撑杆在8.3米处与钢筋混凝土环梁铰接，形成稳定的支撑体系；膜左右边界与弧梁刚性连接，上下则是索边界，通过钢索与钢桁架端部连接。
膜材料选用法国FERRARI 1202 T
德国汉堡网球场
可缩进的膜结构棚盖可以在任何恶劣的天气时，将棚盖关上；在天气转好时打开。以确保在任何季节里网球比赛的举行，或避免时重要的赛事中断或延迟。
此建筑充分发挥了索膜结构重量轻、造型灵活的优点。整结构展开面积约10000平方米，采用PVC(PVDF面层)膜材，并且选用能够满足要求的最薄的型号

迪拜酒店
坐落在海边的迪拜酒店宛如一叶帆船飘扬在大海上，320米高的迪拜酒店采用双层PTFE膜，并成为在世界上最高的膜结构建筑。建造商在建筑美学、建筑功能、工程安装上的详细设计决定了此标志性索膜工程成功
美国丹佛机场候机大厅---- 膜结构里程碑

美国科罗拉多州的丹佛国际机场打破了传统模式，在候机大厅上采用了膜结构，这座矗立在洛山矶旁的帐篷形建筑，为在大跨度公共建筑上应用张拉结构树立了典范。由于结构工程师与建筑师的共同策划，丹佛机场候机大厅屋盖在缩短施工工期、节约能源与降低造价上充分显示了膜结构的优点，满足了业主的要求。按照施工计划，要求东西停车一库与候机大厅同时进行，这使进入场地受到限制，对安装十分不利，而轻质的膜结构就可以很好地解决这一问题而缩短工期，使机场在1993年底揭幕成为可能。
透明的膜材屋盖加上周围的玻璃墙使整个大厅光线充足。屋盖由两层上下相距60cm的织物组成，其内层作为隔热与吸音用。双层屋盖的透明度约为7％，此外玻璃墙也透光，从而在白天大部分情况下不需人工照明。其结果是大大降低了能量消耗与运转费用。
整个大厅长274m，宽67m，由17个帐篷形单元组成。单元间距 18.3m，由两排相距 45.7m的立柱支承，桅杆式的立柱自大厅地面拔地而起，高 31.7m，支撑着膜材屋顶。这种结构造型表现为山峰起伏，与远处洛矶山互相辉映，同时也为候机大厅提供了较大的内部空间。
张拉结构主要由只能受拉力的杆件组成。这些杆件所特有的方向性指明特定的杆件以其适合的外形来承受特定的荷载。在丹佛机场的屋盖结构中设有脊索与谷索。脊索承受向下的荷载，如结构自重与雪荷载，而谷索则抵抗主要是向上或向外吸力的风荷载，膜材就在这些脊索、谷索以及周围的悬链状边索间张紧成双曲面，膜面在预先确定的预应力状态下保持平衡。在膜材内面还设有一组次索，一部分与脊索及谷索正交相连，一部分斜向连接立柱顶部与下部拉结处。这些索所处的位置与形状能在某种临界工况下避免膜材出现过大应力。此外，当邻近膜材一旦撕裂或需要更换时，这些索可以承受膜材中的力而成为结构的赘余杆件。整个膜材屋面面积有35000平方米而不需设置伸缩缝，这是由于织物体系的柔性能轻易地吸收温度变形而不影响膜的应力水平。
由于结构体系的重量轻并具有很大的柔性，因此对风雪之类外荷载的大小、分布情况及其对结构的效应都要慎重对待。结构的自重小于0.1kN／平方米，而雪荷载可能是静载的 20倍。风雪荷载的影响采用以下方法综合进行研究：长期气象数据的统计评定、模型试验与计算机分析。风荷载分布是在边界层风洞中采用刚性模型确定，考虑了一些有代表性的工况，包括阵风效应。屋顶雪荷载是根据25年气象记录采用计算机模拟求得。屋面几何形状对雪漂移的影响则以模型试验进行研究。屋盖结构分析所依据的临界雪载分布图形取自上述研究。
丹佛国际机场屋盖在设计中采用了最新的技术，建造时采用了先进的材料，使这个建筑成为一个重要的里程碑。
浙江义乌体育场蓬盖索膜结构（中等城市综合运动场也适用）
义乌体育场位于新建的义乌市会展体育中心内，既是综合运动场，又可举办每年一次的全国性小商品交易会。观众席约30000座，索膜结构篷盖覆盖体育场长向两侧观众席，对称布置；覆盖面积约16500平方米，覆盖了三分之二以上的观众席。由义乌市招标办、建设局、公证处共同组织的索膜结构蓬盖工程招投标工作业已结束，五家公司投标，经过技术答辩和专家组认真的评标，北京纽曼帝莱蒙膜建筑技术有限公司中标。

天津保税区加油站膜结构

天津保税区加油站在国内第一次采用膜结构。其整体造型新颖、别致，具强烈的现代风格。加油区上方为张拉膜结构篷盖，面积约500平方米，结构布置成中间位置为20m跨度的主桁架，主桁架一端悬挑8米，膜结构由主桁架两侧各挑出约9m。本工程由澳大利亚太平洋膜结构工程公司和泰鼎（天津）国际工贸公司联合设计、制作并指导安装。膜结构受力体系简洁明确，造型生动活泼。整个膜蓬盖充满韵律感，与加油站的整体造型交相辉映，成为醒目标识。
世界著名工程—千年穹顶（Millennium Dome）
千年穹顶（Millennium Dome）位于伦敦东部泰晤士河畔的格林威治半岛上，是英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑。这个工程原先只考虑建成临时性的，后经研究，这项工程不论是从周围市区的复兴，或是建筑交通基础设施的长期投资来说都具有很大价值，1997年英国工党政府上台后，决定建成一个占地73公顷、总造价达12．5亿美元的大型综合性展览建筑。其纵中包括一系列展示与演出的场地，以及购物商场、餐厅、酒吧等，计划在1999年12月31日揭幕
弯项直径320m，周圈大于1000m，有12根穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采用圆球形的张力膜结构。膜面支承在72根幅射状的钢索上，其截面为2×φ32，这些钢索则通过间距25m的斜拉吊索与系索为桅杆所支撑，吊索与系索同时对桅杆起稳定作用。另外还设有四圈索行架将钢索联成网状。膜结构屋面设计中的一个关键问题是要避免雨雪所形成的坑洼，千年穹顶的大部分屋面都比较平坦，因此膜面的支承结构必面对清除这些难点，同时将周围的索抬高于膜面，能使连续水流达到排放干管。幅向索在周圈与悬链索相连共固定在 24个锚圆点上，顶部则与12根φ48钢索组成的拉环连接，拉环直径为30m，中设天窗供穹顶通风用。桅杆为梭形，由纵向的圆钢管与横向的方钢相贯焊接成格构状，桅杆沿直径200m的圆周设置，支承在由四根杆组成的四角锥形底座上。一些细钢索从高10m的底座引出，因而不妨碍展出。
索膜结构设计采用哈泼德事务所自己开发的Tensyl程序，风荷载先采用现有的数据计算，然后以风洞试验结果校核。为安全起见，结构设计还考虑意外破坏的情况，例如桅杆的四角锥支座考虑有一根杆失效，最不利时只支承在三根杆上。
膜材原先采用以聚酯为基材的织物，以后考虑使用年限长改用涂聚四氟乙烯的玻璃纤维织物，（美国Chemfab产的Sheerfill，厚1.2mm。）为了防止结露，又增加了能隔音、隔热的内层（美国产Fabrasob），但内部装修尚未完工，这层膜材已出现了被沾污的痕迹，影响美观。千年穹顶膜材的改变也成为英国媒体的话题，搞得沸沸扬扬。原先聚酯膜材的合同由德国Koch公司获得，有些人就批评政府不该将合同给德国。以后英国政府又以改用较好的材料为理由，将合同给了日本控股的美国鹏腾（Birdair）公司，这又引起了亲反对党舆论的反对和Koch公司的抗议与索赔。
千年穹顶产生于全世界范围为迎接对世纪到来的庆典，在建造过程中受到了不少赞扬与批评，但最终的结构还是显示了美好的形象。
佛山世纪莲体育中心将建成世界体育建筑中最大的膜结构屋盖，它也是我国目前最大的膜结构工程。
整个屋盖成圆环型，外径为310m，内径为125m。内环是由10根直径 80mm 的钢索组成的受拉环。外环是受压环，分上下两层，上层直径310m，由1m直径的钢管混凝土组成，下层直径275m，由1.4m直径的钢管混凝土组成,两层钢环间隔20m,中间由钢管混凝土斜柱连接起来,形成倒圆台形。上下钢环各有40条径向钢索，与内圈受拉环相连。上层索叫脊索，下层索叫谷索。脊索和谷索之间铺上白色的PVC膜材料，形成有40个起伏的折板型张拉膜屋顶，外形宛若一朵盛开的莲花。膜的展开面积为78000平方米，投影面积为53400平方米，建成后将是世界体育建筑中最大的膜结构屋盖。
据悉，整个工程，由华南理工大学设计院与德国ＧＭＰ公司共同设计，建成后的佛山 体育中心将是一朵绽放开的莲花，故取名为佛山市体育中“世纪莲”体育中心。该方案得到专家和佛山市民的高度评价，被认为是造型轻快明朗、新颖独特、充满现代气息，具有较强的标志性形象和具有一定的地方人文内涵的现代体育建筑。

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