膜結(jié)構(gòu)建筑是20世紀中期發(fā)展起來一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，用鋼性支撐、上繃膜面，形成大跨度空間結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)材料一般以高強度聚酯工業(yè)纖維或玻璃纖維機織物為基材，兩面復(fù)合或涂覆聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯（PVDF）或聚四氟乙烯(PTFE)高分子材料而成，其建筑具有結(jié)構(gòu)輕、跨度大、安裝快、成本低、防火難燃和安全性高的優(yōu)點，被譽為現(xiàn)代高科技建筑和2l世紀的建筑。
隨著化學工業(yè)的發(fā)展，以PVC、PTFE和PVDF為代表的高分子化工產(chǎn)品日漸成熟，加之復(fù)合材料工藝的進步，使屋面膜材的綜合性能得以改善和提高，為紡織膜結(jié)構(gòu)建筑作為新型建筑形式的出現(xiàn)打下了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。紡織膜結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代化的工程結(jié)構(gòu)物，顯示了當今材料科學、紡織工程、建筑技術(shù)與電子、機械、化工等多學科的發(fā)展水平，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/font>
本文系統(tǒng)介紹膜結(jié)構(gòu)材料的品種、優(yōu)缺點、分類及其應(yīng)用前景。
膜結(jié)構(gòu)材料的特點和應(yīng)用
膜結(jié)構(gòu)材料分類
膜結(jié)構(gòu)所用紡織膜材料一般由基布和涂層兩部分組成。基布主要采用聚酯纖維或玻璃纖維材料等；涂層材料主要采用聚氯乙烯和聚四氟乙烯等。
聚酯纖維覆聚氯乙烯(PVC)
其主要特點是以聚酯纖維織物為基布，雙面涂覆PVC涂層或粘合聚氯乙烯薄膜而成，價格便宜（只有PTFE的20％左右）、容易加工制作、抗折疊性能好、色彩豐富，但是強度低、彈性大、易老化、徐變大、自潔性差，壽命一般在5～7年，主要用于要求比較低的臨時性建筑。
玻璃纖維覆聚四氟乙烯（PTFE）(Teflon)
以玻璃纖維基布雙面涂覆PTFE涂層而成,具有強度高、強性模量大、自潔、耐久耐火等性能，但它材料費與加工費高且柔軟性低不易折疊，在施工上為避免玻璃纖維被折斷，須有專用工具與施工技術(shù)，對裁剪制作精度要求較高。壽命一般在30年以上，適用于永久建筑。
PVF（聚氟乙烯Polyvinyl Fluoride）和PVDF（聚偏二氟乙烯Polyvinylidene Fluoride）
為改善PVC膜結(jié)構(gòu)材料性能，可在其表面再涂一層氟素系樹脂，提高其抗老化和自潔能力，其壽命可達到15年左右。其中，PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹脂做薄膜狀薄片（laminate）粘合加工，具有高防沾污、耐久性的優(yōu)點。但因為加工性、施工性與防火性都不佳，所以使用用途受到限制。目前，用量較大的是PVDF膜結(jié)構(gòu)材料，其基本上達到了難燃水平。
乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜材
ETFE是一種透明膜材，透光率高達95%，以塑料流延法加工而成，被稱為“塑料王”，其特有抗粘著表面使其具有高抗污，易清洗的特點，常做成氣墊應(yīng)用于膜結(jié)構(gòu)中，是透明建筑結(jié)構(gòu)中品質(zhì)優(yōu)越的替代材料，多年來在工程應(yīng)用中以其眾多優(yōu)點被證明為可信賴且經(jīng)濟實用的屋頂材料。ETFE膜使用壽命為25-35年，是用于永久性多層可移動屋頂結(jié)構(gòu)的理想材料。但是，該材料價格昂貴，安裝要求高、難度大，多用于跨距≤3米的兩層或三層充氣支撐結(jié)構(gòu)或小跨度的單層結(jié)構(gòu)。另外，該材料不阻擋紫外線等光的透射，在實際應(yīng)用中通過表面印刷，進一步降低透明度到50%。如用于國家游泳中心－“水立方”的ETFE流延膜作為氣枕的含氟材料膜材。
膜結(jié)構(gòu)優(yōu)點
強度高、自重輕、大跨度
在建造大型公共建筑時，具有較好的性能價格比。采用膜結(jié)構(gòu)要比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)輕一個或幾個數(shù)量級，且單位面積的結(jié)構(gòu)自重與造價也不會隨跨度的增加而明顯地增加。
透光阻燃、經(jīng)久自潔、使用安全可靠、減少能源消耗
膜材料一般都是阻燃材料，也不易造成火災(zāi)。且膜材料自身透光性較好，透光率在8～12％，可充分利用自然光，白天室內(nèi)不需人工照明，完全能滿足各種體育比賽等活動需要；膜材料對光的折射率在70％以上，在日光照射下，室內(nèi)形成柔和的散光，給人以舒適、夢幻般的感受；由于膜結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)、自重輕，能夠忍受很大的位移，抗震性能比較好。
構(gòu)建時間縮短、施工速度快
由于膜材的裁剪制作、鋼索及鋼結(jié)構(gòu)等制作均在工廠內(nèi)完成，可與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件等同時進行，在施工現(xiàn)場只是鋼索、鋼結(jié)構(gòu)及膜片的連接安裝定位及張拉的過程，故在現(xiàn)場的施工安裝比較簡明、迅速快捷,較傳統(tǒng)式建筑簡易之程序使得構(gòu)建時間大幅縮短。
造型優(yōu)美多樣、景觀效應(yīng)好、富有時代氣息
膜結(jié)構(gòu)屬于柔性材料，突破了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式，可形成各種自由空間曲面、不重復(fù)、多變化。新穎別致的膜建筑造型既突顯個性與華麗，又能適時適地融合周邊景致，相得益彰。且色彩豐富，在燈光的配合下易形成秀麗夜景，給人以現(xiàn)代美的享受。又由于其技術(shù)上的先進性，膜結(jié)構(gòu)被譽為現(xiàn)代高科技建筑，是2l世紀的建筑。
造價低、經(jīng)濟效益明顯
膜結(jié)構(gòu)建筑項目一次投資稍低，日常維護費用較小，經(jīng)濟效果非常明顯。此類結(jié)構(gòu)若用于超大跨度建筑中，則有更為突出的價格優(yōu)勢。膜結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟優(yōu)勢是與空間跨度和技術(shù)難度成正比的。
使用范圍廣、可拆卸、易運輸
從氣候條件看，它適用于廣闊的地域；從規(guī)模上看，可以小到花園小品，大到覆蓋幾萬、幾十萬平方米的建筑。膜結(jié)構(gòu)，可用作巡回演出、展覽等，其拆卸和安裝所需時間短。
膜材上述特性賦予膜結(jié)構(gòu)建筑外觀雅致飄逸，空間開闊靈透、結(jié)構(gòu)輕盈、透光阻燃、經(jīng)久自潔、安裝快、節(jié)能降耗、造價適中、維修便捷。由于膜材造型運用很靈活，尤其使大跨距的建筑，特別能突顯設(shè)計者的創(chuàng)意及設(shè)計要求。在奧運會、世博會等大型建設(shè)工程中，已經(jīng)大顯身手。
膜結(jié)構(gòu)材料在我國的應(yīng)用
膜結(jié)構(gòu)材料起源于歐美，在多個方面和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。最適合用于體育場、劇場、飛機場和車站候車室、展覽館、倉庫等建筑。上世紀70年代以來，已用于體育場、展覽中心等場所，如德國斯德加特體育場、美國丹佛國際機場等。我國在1995年首次得到應(yīng)用，2000年膜結(jié)構(gòu)材料使用量就達10萬m2，在上海八萬人體育場、青島頤中體育場、深圳步行街、順義空氣膜游泳館，以及杭州市游泳館、嘉興市體育館、義烏市體育館等都應(yīng)用了高性能膜材料。
因為，2008年北京舉辦奧運會有35個體育場館和幾十個臨時性建筑需要建設(shè)，2005、2006年使用量超過30和40萬噸，最引人矚目的2008年北京奧運會主體育場－鳥巢，大跨度頂層和國家游泳中心－水立方中主體幕墻工程（氣枕）都采用高性能的膜結(jié)構(gòu)材料，僅這兩個大型工程膜材用量達約32萬m2。目前每年都有十多個大型建筑采用這種結(jié)構(gòu)，需高性能膜結(jié)構(gòu)材料；另外，2010年上海世博會也有一批場館需要建設(shè)。據(jù)估計，我國今后膜結(jié)構(gòu)材料將仍保持15～20％的快速增長。
國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展
我國膜結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展相對較晚,從1995年開始，只建造了一個面積為3300m2的膜結(jié)構(gòu)，1997年前國內(nèi)只有少量小型和中型的膜結(jié)構(gòu)建筑；1997年上海舉辦第八屆全運會，其主體育場的看臺挑篷采用膜結(jié)構(gòu)，挑篷面積達到3.6萬m2,可同時容納8萬名觀眾。這是我國第一次在大型體育場館采用膜結(jié)構(gòu)建筑的屋頂，為我國采用膜結(jié)構(gòu)建筑掀開了新的一頁，對我國膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展具有重大的影響。上海體育場采用玻纖PTFE膜材料,全部系進口產(chǎn)品。
從1997年至2001年，五年內(nèi)建造的膜結(jié)構(gòu)達37萬噸；2003年建造的膜結(jié)構(gòu)約18萬噸；2005年、2006年建造的膜結(jié)構(gòu)分別超過33和40萬噸。預(yù)測我國的膜結(jié)構(gòu)將繼續(xù)以每年15～20%速度增長，2010年將達到60萬噸。隨著我國經(jīng)濟增長和文化生活的不斷豐富，將建造更多的具有新穎功能、形式多樣的建筑。 2010年的世界博覽會將在上海舉行，各種類型的展覽館建設(shè)以及全國各地大小不等的膜結(jié)構(gòu)建筑必定將隨著膜結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用越來越廣。建筑上膜結(jié)構(gòu)材料具有強大的生命力，必將是21世紀建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流，市場前景將十分廣闊。
國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展
自1995年膜結(jié)構(gòu)材料在國內(nèi)應(yīng)用以來，高性能膜材料主要依賴進口。同時，我國相關(guān)企業(yè)、高校等抓緊開展膜結(jié)構(gòu)材料基材、涂層加工技術(shù)，涂料及應(yīng)用性能的研究，通過引進技術(shù)和裝備，我國部分企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)PVC膜材、PVDF膜材和PTFE膜材。寧波天塔集團在國內(nèi)首家開發(fā)出PTFE玻纖膜材，由于所用的6m玻璃纖維比國外所用的3m玻璃纖維要粗，最終產(chǎn)品的性能與國外相比有較大的差異；2002年上海申達科寶有限公司全套引進德國Mehler（米樂）公司PVC＋PVDF粘貼膜技術(shù)和德國KKA公司的全套熱熔生產(chǎn)線裝備生產(chǎn)PVDF膜結(jié)構(gòu)材料。但是，國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)材料因物理性能欠佳，或因力學性能不足，尚難以滿足國內(nèi)大型工程和膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)90％的膜結(jié)構(gòu)工程采用進口膜材料，如2008北京奧運會國家體育館-鳥巢、國家游泳館-水立方全部采用德國FORTEX公司和日本旭硝子株式會社的高性能膜材，僅這兩個場館的膜結(jié)構(gòu)材料就達到32萬m2。
膜結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用前景
膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來的一種形式，以性能優(yōu)良的織物為基材，利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。膜材的最大特點是強度高、耐久性好、防火難燃、自潔性好，不受紫外線影響，使用壽命在15～25年，具有高透光率，對熱能反射率73%，熱吸收量很少。這種獨特的結(jié)構(gòu)有著無限的潛力，能適應(yīng)各種功能，具有強大的生命力，必將成為21世紀建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流。
