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膜结构 |
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张拉式膜结构，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，所以造价略骨架式膜结构。
膜材一种新兴的建筑材料，已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的“第六种建筑材料”。膜材本身受压不大，抗弯也不是很好，所以要使膜结构正常工作就引入适当的预张力。此外，要膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就增加结构的抗力；而膜结构是通过改变形状来分散荷载，从而获得小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时，可产生两种回复力：一个是由几何变形引起的；另一个是由材料应变引起的。
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。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年限等要求进行膜材选用。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。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。
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。膜材只能承受拉力，不能承受压力和弯矩。膜面的大主应力应小于膜材的强度设计值，在荷载长期作用下，小主应力应大于等于维持其初始平衡形状的应力值。膜结构一体化设计时，应考虑膜材的松弛、徐变、老化。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。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。
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，目前国外的生产厂家也不多。
近一段时间来，国外媒体表现出了对中国建筑设计的关注。2005年12月23日的美国《商业周刊》评选出了中国新建筑奇迹，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,正在为今日建筑及工艺技术创造一个舞台。报道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，不单是世界上快以及具实力的运动员们正在为争取高荣誉而加紧努力,，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，世界上大的航空港、有节能环保的建筑及世界上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场馆更理所当然地进入了“”之列。
就形状而言，对建筑师说来是至关重要的。采用一般结构的建筑物，其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同，它的变形比一般结构要大一些，其次它的形状是在施工过程中逐步形成的，有一个形状确定的问题，需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状，即结构体系在膜自重（有时还有索）与预应力作用下的平衡位置。在初步设计阶段，先按建筑要求设定大致的几何外形，然后对膜面施加预应力使之承受张力，其形状也相应改变，经过不断调整预应力，后就可得到理想的几何外形和应力分布状态。
