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膜结构 |
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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。
PTFE膜材是在超细玻璃纤维织物上涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。这种膜材有较好的焊接性能，有优良的抗紫外线、性能和阻燃性能。另外，其防污自洁性是所有建筑膜材中好的，但柔韧性差，施工较困难，成本也十分惊人。一些公司共同开发性膜材。其加工方法是把玻纤织物多次快速放入特氟隆熔体中，使织物两面皆有均匀的特氟隆，使性的PTFE膜正式诞生。此后性膜结构正式在美国风行，许多学者对膜结构进行了深入的研究。20年后跟踪检测结果表明，这种膜材的力学性能与化学稳定性指标只下降了20%~30%，颜色也几乎没变，膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、化学物质微粒极难附着与渗透，经雨水冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性，这足以显示出PTFE膜材的强大生命力和广阔的市场前景。 目前国外对这种膜材的开发和应用比较成熟，生产厂家也很多。
这个拟椭圆形、轴线尺寸为 140m×83.5m的展览馆是世界上个大跨度的 膜结构，而且是采用了聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物。作为一种真正的现代工程结构，大坂万国博览会的展览馆标志着 膜结构时代的开始。自此以后， 膜结构在世界范围内得到了迅猛的发展。从跨度来说,美国的"银色穹顶"气承式空气 膜结构的平面有234.9m×183m，开始采用聚四氟乙烯(PTFE)涂层的玻璃纤维织物，类似的大型体育馆在北美就建了九座。从面积来说,沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的悬挂膜结构占地42万m2。作为 膜结构一种新形式，索穹顶于1988年用在汉城奥运会的体操馆与击剑馆，其后又在一些体育建筑中得到推广。千年穹顶以其特的 膜结构，显示了当今建筑技术与材料科学的发展水平。
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。
从膜结构的跨度来看，近似椭圆形的美国馆，两个方向的跨度针别为 140m和 83.5m。以后东京后乐园的气承式膜结构，大跨度达201m。而美国亚特兰大的佐治亚穹顶，以椭圆形的屋顶覆盖了 240mxl92m的索膜结构。从当前的技术和材料条件看，完全有可能用膜结构来修建 1000m的大跨度建筑。从所覆盖的面积来看，1981年沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的伞形悬挂膜结构的占地42万m2，已令人叹为观止。而如今在沙特阿拉伯的米拿，为了庇护来往的朝圣者，正在分三期建设与吉大机场类似的膜结构，总面积在100万m2以上，堪称 帐篷之城。
悬索结构中的索网与膜结构一样也有形状确定问题，像1968年蒙特利尔博览会的德国馆和1972年慕尼黑奥运会主体育场都有特殊的形状需要确定，当时只有借助于缩尺模型来解决。早期的膜结构也往往采用这个方法，材料从简单的肥皂膜，一直到织物或钢丝。由于在小比例模型上测量的误差尚不足以曲面几何形的正确性，故对足尺的建筑外形只能起参考作用。但这还不失为一种有效的手段，能为设计者提供一个直观的形象。随着计算机技术的不断进步，膜结构的形状就更多地依靠计算机来确定。在膜结构设计理论中还出现了的研究课题--找形（formfinding）。为了寻求合理的几何外形，这个过程通过计算机的几次迭代，就可确定膜结构的初始形状。
