膜結(jié)構(gòu)(Membrane Structure)，也即張拉膜結(jié)構(gòu)(Tesioned Membrane Structure)，是依靠膜材自身的張拉力和特殊的幾何形狀而構(gòu)成的穩(wěn)定的承力體系。膜只能承受拉力而不能受壓和彎曲，其曲面穩(wěn)定性是依靠互反向的曲率來保障，因此需制作成凹凸的空間曲面，故習(xí)慣上又稱空間膜結(jié)構(gòu)。

　　其主要特點(diǎn)有：

　　1.藝術(shù)性

　　膜結(jié)構(gòu)以造型學(xué)、色彩學(xué)為依托，可結(jié)合自然條件及民族風(fēng)情，根據(jù)建筑師的創(chuàng)意建造出傳統(tǒng)建筑難以實(shí)現(xiàn)的曲線及造型。膜結(jié)構(gòu)——建筑師的浪漫設(shè)想，享受大自然般浪漫空間。

　　2.經(jīng)濟(jì)性 

　　對(duì)于大跨度空間結(jié)構(gòu)來說，如果采用膜結(jié)構(gòu)，其成本只相當(dāng)于傳統(tǒng)建筑的二分之一或更少，特別是在建造短期應(yīng)用的大跨度建筑時(shí)，就更為經(jīng)濟(jì)。而且膜結(jié)構(gòu)能夠拆卸，易于搬遷。 

　　3.節(jié)能性

　　由于膜材本身具有良好的透光率（10-20%），建筑空間白天可以得到自然的漫射光，可以節(jié)約大量用于照明的能源。

4.自潔性 

　　膜材表面加涂的防護(hù)涂層（如PVDF、PTFE等）,具有耐高溫的特點(diǎn)，而且本身不發(fā)粘，這樣落到膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗而達(dá)到自潔的效果。

　　5.大跨度無(wú)遮擋的可視空間 

　　膜結(jié)構(gòu)一改傳統(tǒng)建筑材料而使用膜材，其重量只是傳統(tǒng)建筑的三十分之一。而且膜結(jié)構(gòu)可以從根本上克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度（無(wú)支撐）建筑上實(shí)現(xiàn)時(shí)所遇到的困難，可創(chuàng)造巨大的無(wú)遮擋的可視空間。

　　6.工期短

　　膜建筑工程中所有加工和制作均在工廠內(nèi)完成，可減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，避免出現(xiàn)施工交叉，相對(duì)傳統(tǒng)建筑工程工期較短。

　　膜結(jié)構(gòu)材料的特性:

　　PTFE膜材料的特點(diǎn)：

　　1.強(qiáng)度高、耐久性好、防火難燃、自潔性好，而且不受紫外光的影響，其使用壽命在20年以上。

　　2.具有高透光性，并且透過膜材料的光線是自然散漫光，不會(huì)產(chǎn)生陰影，也不會(huì)發(fā)生眩光。

　　3.對(duì)太陽(yáng)能的反射率高，所以熱吸收量很少。即使在夏季炎熱的日光的照射下室內(nèi)也不會(huì)受太大影響。正是因?yàn)檫@種劃時(shí)代性的膜材料的發(fā)明，才使膜結(jié)構(gòu)建筑從人們想象中的帳篷或臨時(shí)性建筑發(fā)展成現(xiàn)代化的永久性建

　　ETFE膜材料的特點(diǎn)：

　　乙烯-四氟乙烯共聚物，耐擦傷性、耐磨性、耐高溫、耐腐蝕，絕緣性、高安全性材料。超輕重量：膜材薄輕?？拐鹦詢?yōu)越，施工便利。

　　耐久性好：氣候適應(yīng)：-200~150攝氏度，15年以上惡劣氣候，力學(xué)和光學(xué)性能不改變。

　　抗拉強(qiáng)度高：破斷伸長(zhǎng)率達(dá)300%以上。高安全性：阻燃材料，熔后收縮但無(wú)滴落物。如遇火災(zāi)其危害性較小，冰雹氣候，即使玻璃碎了，ETFE也僅留下小小凹痕。表面非常光滑，極佳自潔性能，灰塵、污跡隨雨水沖刷而除去。

　　PVC膜材料的特點(diǎn)：

　　1.PVC膜材料的強(qiáng)度及防火性與PTFE相比具有一定差距，PVC膜材料的使用年限一般在7到15年。為了解決PVC膜材料的自潔性問題，通常在PVC涂層上再涂上PVDF（聚偏氟乙酸樹脂）稱為PVDF膜材料。

　　2.另一種涂有Tio2（二氧化鈦）的PVC膜材料，具有極高的自潔性。

　　膜結(jié)構(gòu)發(fā)展簡(jiǎn)史:

　　據(jù)考證，帳篷是遠(yuǎn)古時(shí)代人類較早的居所，開始完全用天然材料構(gòu)筑，如用獸皮、樹皮等作帷幕，用石材、樹干等作支承，逐漸發(fā)展為天然合成材料，如棉紗、毛紡、帆布等。現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)則發(fā)展為使用鋼材、鋁合金、木材等作結(jié)構(gòu)件，用精細(xì)化工織物膜或氟化物薄膜作為覆蓋帷幕。

　　膜結(jié)構(gòu)發(fā)展可概括為兩個(gè)方面：膜材發(fā)展和膜結(jié)構(gòu)體系發(fā)展，兩者相互依存、互為促進(jìn)。膜材發(fā)展推動(dòng)膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，并促進(jìn)新的結(jié)構(gòu)體系誕生；反過來，新的膜結(jié)構(gòu)體系和技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)新型膜材技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

　　膜材發(fā)展概況

　　膜材主要是隨現(xiàn)代精細(xì)化工科技的進(jìn)步而不斷發(fā)展。早期的膜材，以聚氯乙烯為表面涂層、聚酯纖維為基布的膜材為主，現(xiàn)稱C類膜(PVC／PES)，建筑與結(jié)構(gòu)受力性能不理想。同時(shí)，以玻璃纖維為基布氯丁橡膠為涂層膜和棉紗天然纖維膜亦有較少應(yīng)用。

　　1960年代，玻璃纖維織物膜技術(shù)得到發(fā)展，并在較大范圍應(yīng)用，但表面涂層材料仍為聚乙烯基類(現(xiàn)稱為B類膜)。膜材強(qiáng)度較高、模量大、徐變小，但建筑自潔性、耐久性仍不理想。同期，c類膜材制造技術(shù)不斷進(jìn)步，結(jié)構(gòu)與建筑特性逐漸改善。

　　1970年代初，具有優(yōu)異建筑性能的聚四氟乙烯(化學(xué)名FIFE，商品名Teflon，1938)表面涂層材料由NASA研制成功，同時(shí)B紗、DE紗玻璃纖維織物膜技術(shù)日趨成熟，使得以玻璃纖維為基布PTFE為涂層的現(xiàn)代織物膜材問世，現(xiàn)稱A類膜，并開始工程應(yīng)用。新型聚酯類纖維(Kevla等)不斷被研制，氟化物涂層逐漸應(yīng)用在c類膜。

　　1980年代，由于航天科技發(fā)展與需求，精細(xì)化工技術(shù)發(fā)展，氟化物纖維(PTFE、FEP、PFA等)、碳纖維(CF)、聚酯纖維(PBO、PET等)等織物膜相繼研制問世，這些膜材具有高強(qiáng)、高比強(qiáng)、高模量、耐強(qiáng)輻射、耐原子氧化、性態(tài)穩(wěn)定，但目前主要應(yīng)用于航空航天、半導(dǎo)體電子工業(yè)等特殊領(lǐng)域，很少應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域。

　　A類膜材發(fā)展趨勢(shì)：提高柔韌性、改善制成工藝、使用環(huán)保材料、增加性價(jià)比。c類膜材發(fā)展趨勢(shì)：研制新型高性能合成纖維、改善基布編織工藝、提高受力穩(wěn)定性，研制新型環(huán)保涂層材料，提高建筑自潔性、耐久性。

　　新型膜材及其應(yīng)用技術(shù)研究是膜結(jié)構(gòu)發(fā)展的基石。氟化物熱塑性薄膜(ET-FE、THV、FEP等)、相應(yīng)織物膜材問世和應(yīng)用技術(shù)的解決，促進(jìn)了新的膜結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展。

　　雖然目前有眾多膜材應(yīng)用于膜建筑，但以玻璃纖維(B、DE紗)為基布PT-邢為涂層的A類膜材和以聚酯纖維為基布聚乙烯基類為涂層(PVC類，主要為PVDF／PVF／Acrylie)的C類膜材仍然被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的建筑膜材。

　　LL2 膜結(jié)構(gòu)體系發(fā)展概況隨建筑制作安裝技術(shù)、計(jì)算機(jī)、設(shè)計(jì)數(shù)值分析理論與方法的發(fā)展，膜結(jié)構(gòu)體系不斷演變進(jìn)化，包括充氣膜、張拉膜、以及新型膜結(jié)構(gòu)體系。

　　(1)氣承式充氣膜

　　1917年，英國(guó)人W．Lanehester發(fā)明了一種充氣膜作為野外醫(yī)院建筑屋面，這是一種安裝便捷、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的屋面體系，但他本人并未建成。

　　1946年，美國(guó)人WalterBird建成現(xiàn)代充氣膜結(jié)構(gòu)，多譜勒雷達(dá)穹頂(DopplerRadome)，直徑15m，矢高18．3m，采用以玻璃纖維為基布氯丁二烯橡膠為涂層的膜材。1950-1970年間，相繼在美國(guó)、德國(guó)等地建造大量類似穹頂，直徑達(dá)到60mt[2,4]。

　　1970年，日本大阪世博會(huì)(EXPO’70)為膜結(jié)構(gòu)發(fā)展提供了契機(jī)。因日本多地震，且展館多位于軟土地基，因此，展館宜采用輕結(jié)構(gòu)體系。由DavidGei—get完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的美國(guó)館，建成了大跨低輪廓(小矢高)氣承式膜，平面為139mx78m橢圓，B類膜。

　　1972-1984年，由David Geiger設(shè)計(jì)，Birdair公司在美國(guó)建成銀色穹頂(SilverDome，220mxl59m)等7座大型氣承式膜結(jié)構(gòu)，但多數(shù)膜穹頂被證明難以有效抵抗惡劣氣候條件而維持正常使用。1985年，銀色穹頂因強(qiáng)風(fēng)和暴雪幾乎完全毀壞。

　　1988年，日本建成東京穹頂(ToykoDome)。雖然氣承式膜結(jié)構(gòu)技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的臺(tái)階，但之后世界各地再也沒建造大型氣承式公共膜建筑[2,4,10]。氣承式膜結(jié)構(gòu)在索穹頂體系出現(xiàn)之前，創(chuàng)造了一段大跨建筑的輝煌發(fā)展史。

　　(2)氣囊式充氣膜

　　與氣承式充氣膜在大跨建筑取得的成就相比，氣囊式充氣膜對(duì)膜建筑發(fā)展以及對(duì)大跨建筑的貢獻(xiàn)顯得“渺小”。EXPO70日本富士館為氣囊拱構(gòu)成屋面.