【摘要】索膜結構是一種新型的建筑結構形式，本文總結了國內外索膜結構的發(fā)展及部分著名的索膜結構建筑的特點，闡述了索膜結構的現(xiàn)狀，分析了索膜結構的設計和施工技術，并根據(jù)建筑業(yè)特點分析了所膜結構未來發(fā)展趨勢。

論文關鍵詞：索膜結構,結構特點,發(fā)展趨勢

　　索膜結構體系起源于遠古時代人類居住的帳篷（支桿、繩索與獸皮構成的建筑物），到20世紀70年代以后，高強、防水、透光且表面光潔、易清洗、抗老化的建筑膜材料的出現(xiàn)，加之工程計算科學的飛速發(fā)展，索膜建筑結構體系東山再起，現(xiàn)已大量用于濱海旅游、博覽會、文藝、體育等大空間的公共建筑上。因為索膜建筑具有易建、易拆、易搬遷、易更新、充分利用陽光、空氣以及與自然環(huán)境融合等特長，成為21世紀“綠色建筑體系”的寵兒。

 

　　1.1 膜結構的出現(xiàn)

　　膜結構（Membrane）是20世紀中期發(fā)展起來的一種新型建筑結構形式，是以充氣膜結構的形式出現(xiàn)，世界上第一座充氣膜結構建成于1946年，設計者為美國的沃爾特·勃德（W.Bird），這是一座直徑為15的充氣穹頂。1967年在德國斯圖加特召開的第一屆國際充氣結構會議，無疑給充氣膜結構的發(fā)展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結構建筑出現(xiàn)在1970年大阪世界博覽會上。

　　充氣膜結構它是以柔性結構體系來承受風荷載和雪荷載等各種外荷載的作用，由于膜結構的特點以及膜材的特殊性，充氣膜結構的設計分析過程也不同于以往的鋼筋混凝土和鋼結構。充氣膜結構的結構計算包括初始形態(tài)分析、受荷分析及模態(tài)分析等內容。充氣膜結構的結構分析包括3個階段：忽略其自身微小的自重和自平衡預張力，不承受任何外部荷載的零態(tài)；在確定的邊界條件及施加預應力的分布和大小后所形成的初始態(tài)；在外荷載、自重及考慮材料張力作用的工作態(tài)。它們之間的膜面主應力方向、預張力的大小變化、形態(tài)變形過程和趨勢等是相互聯(lián)系、相互制約的，必須從全過程、一體化的角度加以考慮。

 

　　1.2 迅速發(fā)展

　　索膜結構作為新的建筑形式自出現(xiàn)，特別是到了20世紀70年代以后，索膜結構的應用得到了迅速發(fā)展，在國外已逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中，膜結構的出現(xiàn)為建筑師們提供了超出傳統(tǒng)建筑模式以外的新選擇。

　　1988年建成的日本東京室內棒球館（Tokyo Dome“Big Egg”），是一座有55000個座位的體育館（室內凈面積46767m2），該設計是建筑行業(yè)的一種強有力的蛻變過程，其蛋形屋頂為具有彈性的薄膜，一般會把巨蛋內的氣壓控制在比巨蛋外高0.3%以維持蛋頂外型。結構從根本上克服傳統(tǒng)結構在大跨度（無支撐）建筑上實現(xiàn)時所遇到的困難，創(chuàng)造了巨大的無遮擋的可視空間。其造型自由輕巧、阻燃、制作簡易、安裝快捷、節(jié)能、使用安全等優(yōu)點。另外值得一提的是，在陽光的照射下，由膜覆蓋的建筑物內部充滿自然漫射光，國際貿易論文無強反差的著光面與陰影的區(qū)分，室內的空間視覺環(huán)境開闊和諧。夜晚，建筑物內的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，建筑物的體型顯現(xiàn)出夢幻般的效果。

 

　　1.3 膜結構在國內的發(fā)展

　　在世界建筑業(yè)的迅速發(fā)展中，中國現(xiàn)代空間結構的發(fā)展受到了西方國家先進技術的影響。近幾年來，在索膜結構應用上顯示了活躍的趨勢。雖然一開始工程規(guī)模不大，但已逐漸擴展到更大的面積和跨度。所采用的技術與材料在某種程度上還要依靠國外，但預計會有更多的工程依靠自己的力量來完成。

　　在過去10年中，中國的許多城市都在籌劃建設新的體育設施。由于其重量很輕的優(yōu)點，膜結構往往被采用，體育建筑可以說是膜結構在中國應用的突破口。1997年之前，只建造了少量的小型與中型的膜結構，同年在上海舉行的第七屆全國運動會，膜結構被用在主體育場的看臺挑篷，總面積達36100m2。這是中國第一次將膜材制成的屋頂用在大面積的永久性建筑上，具有深遠的影響。

　　上海體育館鮮明特點是大跨度、大空間，其外形既充分展示了體育運動的力度和氣勢，又體現(xiàn)了簡潔流暢的整體風格，是建筑技術和建筑藝術完美的結合。觀眾席上方采用馬鞍形大懸挑鋼管空間屋蓋結構，覆以乳白色半透明膜結構的頂面，面積為3.6萬平方米，主席臺正上方的一根最長單臂懸挑梁長73.5m，為世界建筑史之最。

　　在上海體育場成功的建成后，雖然它的價格仍高于傳統(tǒng)的結構，又出現(xiàn)了一些膜結構屋頂?shù)捏w育場。頤中體育場坐落在山東省的濱海城市青島，這是中國第一個靠自己力量設計與施工的大型膜結構體育場，外包尺寸為266m×180m，可容納6萬觀眾。懸挑40m的屋蓋是一個包括膜、索和鋼支承結構的典型張拉體系，整個屋蓋由70個錐形索膜單元組成，總面積為30000m2。環(huán)顧整個中國大地，膜結構成為覆蓋主體育場的優(yōu)選。

　　目前，世界各地的索膜結構工程或研究領域的蓬勃發(fā)展，與現(xiàn)代科技發(fā)展，人類面臨的任務，保護自然環(huán)境，建設了索膜功能和使用的不斷擴大，結構跨度或高度的增加，從而索膜建筑開始在世界上廣闊的應用。索膜結構是目前發(fā)展很快的一種新型空間結構，是一種效率極高的張力集成體系，可以充分發(fā)揮鋼索的強度與張拉整體結構的空間作用。這種結構以造型新穎、質輕透光等優(yōu)點在全球得到了推廣應用，成為體育建筑、會展中心、商業(yè)設施、交通站場等屋蓋的主要選型。

　　隨著社會的發(fā)展和進步，以及建筑空間觀念的日益深化和科學手段的不斷提高，人們更注重追求更好的生活，“回歸自然”、“沐浴自然之溫馨”已是現(xiàn)代建筑環(huán)境學發(fā)展的主流。傳統(tǒng)建筑室內外的視線越來越模糊，出現(xiàn)了許多亦內亦外、相互滲透的不定空間，由于膜材的光透性，白天陽光可以透過膜材形成慢射光，使膜覆蓋空間內達到和室外幾乎一樣的自然效果，因此膜結構能創(chuàng)造出與自然環(huán)境相媲美的空間形式。一個新的膜結構和現(xiàn)代技術的結合，以其優(yōu)越的實用性和美觀性是越來越多的人所接受和喜愛在現(xiàn)代建筑中的廣泛應用和當代建筑的發(fā)展，注入了新的活力。