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膜結構的歷史：
1917年有一位名為蘭徹斯特的美國人建議利用新發(fā)明的電力鼓風機將膜布吹脹，作野戰(zhàn)醫(yī)院。像許多專利申請案一樣，這只是一種構思，而沒有真正成為使用的產品。
1946年，有一位名為華特?貝爾德的人為美國軍方做了一個直徑 15m圓形充氣的雷達罩，可以保護雷達不受氣候侵襲，又可讓電波無阻的通過，從而使相隔了19年的專利付諸實用。由此而衍生出了一個新的工業(yè)產業(yè)，在1956年以后美國一共建立了約50多家的膜結構公司，制造各種膜產品，用做體育設施、展覽場、設備倉庫、輕工業(yè)廠房等，不一而足。但多因設計不周全，或制作粗糙，或是業(yè)主維護不當，以致造成許多不幸事件，大多數的工廠亦因之倒閉。
1960年間，德國斯圖加特大學的弗賴?奧托先生，先后于1962和1965年發(fā)表了研究膜結構的成果，并同帳篷制造廠商合作，做了一些帳篷式膜結構和鋼索結構，其中最受人注目的是1967年在蒙特利爾博覽會的西德館，其在歐洲，尤其是德國，可以說是開了膜結構構商業(yè)化的先河。1968年，美國紐約的建筑師布羅迪和哥倫比亞的大衛(wèi)?蓋格教授合力爭取到了日本大阪世界博覽會美國館的設計權。原先的經費2500萬美元，被一再消減到250萬美元，此設計組承受了無比的挑戰(zhàn)，在窮則變，變則通的情況下，將基地挖一大坑，將廢土堆在四周，筑成圍墻，其上澆注一混凝土壓力環(huán)，將鋼索網固定在環(huán)上，再將膜布固定在鋼索網上，加以充氣，就做成了9290m2的展覽館，從而開啟了氣撐式膜結構的新頁。1968年到1987年之間，有 8座室內運動館是以此方法設計建造的。
　　在大阪世博會，蓋格公司成功地向世人推出氣撐式膜結構的新設計技術，而受到建筑工程界一致認可后，又面臨所使用的膜材料問題。這種膜材只有7年? 8年的壽命，在太陽紫外線及風、雨的交互作用下，膜布會變得硬脆、破裂，而失去結構性能。只有使用好的膜布材料，才能使這種大跨距的屋頂，成為永久性的建筑。正在此時，美國福特基金會下屬的教育設施實驗室給蓋格公司一筆資金，用來開發(fā)此種永久性的建筑膜。在蓋格公司領導下，同美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公，五家共同開發(fā)永久性的結構膜。產品很順利地就制成了，化纖公司將康寧公司提供的玻璃纖維，先集成線再織成布紗，經過矽膠浸泡，先制成水密坯布，再多次快速放入特氟隆溶液中，使坯布兩面皆有均勻的特氟隆涂層，永久性的PTFE膜正式誕生。經過加速氣候實驗，其物理穩(wěn)定性確定后，蓋格公司又設計各種結構配件及確定設計程序，以建造不同性質的膜結構�？八_斯城的建筑師約翰?西弗率先使用此產品，在加州的拉?弗恩建了一座學生活動中心，另外，幾平同時即1973年在圣太?克羅拉的加州分校辦建了一座氣撐游泳館（活動屋頂）及學生活動中心，從此永久性膜結構便正式在美國風行。
1．關于結構膜　　一般鋼結構屋頂，是由橋梁支撐屋面板，上面覆蓋防水、隔熱層，這些屋面材料皆不承受結構力。但膜結構中的膜本身就承受活荷載包括風壓、溫度應力等，膜既是覆蓋物，亦是結構的一部分。以材質分類，結構膜有以下兩種: 1）平面不織膜：由各種塑料，在加熱液化狀態(tài)下擠出的膜，它有不同厚度、透明度及顏色，最通用的是聚乙烯膜。亦有以聚乙烯和聚氯乙烯熱熔后制成的復合膜，其抗紫外線及自潔性強，且使用年限可從7年延長到15年，此種膜因張力強度不大，而自跨度不大，屬于半結構性的膜材。 2）織布合成膜：以聚酯絲織成的市心，雙面涂以PVC樹脂，再用熱熔法覆蓋上一層聚氟乙烯膜，制成復合膜，使用年限從 7年延長到15年。因布心的張力強度較大可以使用于多種的張啦力型結構，跨度可達8m－10m，在美、日、法等國皆生產多種品牌。 2．幾種膜結構　　與上述結構膜結合的結構大約有下述幾類: 1）純鋼拱形結構采用傳統(tǒng)的梁柱系統(tǒng)，屋頂為圓拱式，柱梁間距一般為8m左右。 2）混凝土結構主體加鋼拱以上兩種最簡單的膜結構，依平面的形狀，如方形、菱形等，可有許多變化，拱的間距依使用的膜材強度、設計荷載、風力等確定。 3）混凝土主體結構加鋼索脊素為上彎，位于膜布下面，谷索為下彎，位于膜上面。兩種鋼索的彎向相反張拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的張力，膜布中水平方向的張力直接張拉形成。 4）混凝土主體結構加鋼柱 5）張拉式帳篷膜結構 6）大型（跨度在200m以上）氣撐式膜結構　　用扁鋼作的鋼索加上膜布，可以做成大跨度的巨型屋頂。這種建筑，結構簡單，施工方便，經濟效益高，無需維修。但因需常年維持封閉，進出較不便，現己不再新建，但仍不失為一種好的結構形式。由于膜結構需要精確的設計及剪裁，以達到理想的效果，大衛(wèi)、蓋格和哥倫比亞大學的同僚邁克、馬克麥克和約塞夫、賴特共同開發(fā)了非線性鋼索計算程式，為氣撐式大型膜屋頂工程設計奠定了基礎。自1973年至1978年，在世界各地一連建造了12座氣撐式膜結構大型室內體育館，與同時期落成的其他球場比較，這些膜結構的體育館不但價格便宜，而且施工快。面積40000m2的銀頂球場的屋頂只用了11.5個月即全部完成。為世界****之室內體育館。 7)鋼索穹頂　　1980年左右，蓋格先生又創(chuàng)造了使用永久性結構膜的新技術，這種新技術是基于工程哲學家巴克明斯特．富勒的理論。富勒認為現代的結構都是在對抗地心吸引力，不斷地爭取壓力的連續(xù)性，但自然界并非如此。這是一項看似平淡，實則非常智慧的哲理，1983年他發(fā)表的文章中建議在結構上逐步減少壓力的影響，而增加張力的作用，富勒將他的新觀念命名為“張力式”，英語是張力（Tension）和完整(Integrity）二字的合成。在這種理想的結構中“壓力桿件是張力大海中的一個小島”。蓋格先生對富勒的哲理，則有更進一步的解釋，他認為“空間的跨越是由連續(xù)的張力索和不連續(xù)的壓力桿”完成的。在這一理論基礎上，他提出鋼索穹項由以下桿件組成：中央張力環(huán)經由數目為四的倍數的脊索、環(huán)索、中繼斜拉索、壓力桿和斜拉索而到達壓力環(huán)梁，形成一個完整封閉的張力拱結構系統(tǒng)。

膜結構的應用：
膜結構是一種建筑與結構完美結合的結構體系。它是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結合形成具有一定剛度的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結構形式。其造型自由輕巧、阻燃、制作簡易、安裝快捷、能易于、使用安全等優(yōu)點，因而使它在世界各地受到廣泛應用。這種結構形式特別適用于大型體育場館、人口廊道、小品、公眾休閑娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域。

膜結構建筑形式的分類：
從結構上分可分為：骨架式膜結構，張拉式膜結構，充氣式膜結構3種形式

1.骨架式膜結構（Frame Supported Structure）

　　以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架，在其上方張拉膜材的構造形式，下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制，且經濟效益高等特點，廣泛適用于任何大，小規(guī)模的空間。
2.張拉式膜結構（Tension Suspension Structure）
　　以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安定的形式。除了可實踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是最能展現膜結構精神的構造形式. 近年來，大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成鋼索網來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求]高，結構性能強，且具豐富的表現力，所以造價略高于骨架式膜結構。
3.充氣式膜結構（Pneumatic Structure）
　　
　　充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊，利用送風系統(tǒng)讓室內氣壓上升到一定壓力后，使屋頂內外產生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓來支撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁，柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續(xù)運行及機器維護費用的成本上較高。

　　現今，城市中已越來越多地可以見到膜結構的身影。膜結構已經被應用到各類建筑結構中，在我們的城市中充當著不可或缺的角色：
體育設施：體育場/體育館/網球場/游泳館/訓練中心/健身中心等
商業(yè)設施：商場/游樂中心/酒店/餐廳/商業(yè)街等
文化設施：展覽中心/劇院/表演中心/水族館等
交通設施：飛機場/火車站/碼頭/停車場/天橋/加油站/收費站等
景觀設施：標志性小品/廣場標識/小區(qū)景觀/步行街等
工業(yè)設施：工廠/倉庫/污水處理中心/物流中心/溫室等　
膜結構又叫張拉膜結構（Tensioned Membrane structure），是以建筑織物，即膜材料為張拉主體，與支撐構件或拉索共同組成的結構體系，它以其新穎獨特的建筑造型，良好的受力特點，成為大跨度空間結構的主要形式之一。
　　膜材料是指以聚酯纖維基布或PVDF、PVF、PTFE等不同的表面涂層，配以優(yōu)質的PVC組成的具有穩(wěn)定的形狀，并可承受一定載荷的建筑紡織品。它的壽命因不同的表面涂層而異，一般可達成12—50年。
膜結構建筑的特點及應用領域：
　　膜結構是一種全新的建筑結構形式，它集建筑學、結構力學、精細化工與材料科學、計算機技術等為一體，具有很高技術含量。其曲面可以隨著建筑師的設計需要任意變化，結合整體環(huán)境，建造出標志性的形象工程。
　　　　　　　
藝術性：充分發(fā)揮建筑師的想象力，又體現結構構件清晰受力之美。
經濟性：由于膜材具有一定的透光率，白天可減少照明強度和時間，能很好地節(jié)約能源。同時夜間彩燈透射形成的絢爛景觀也能達到很好的廣告宣傳效益。
大跨度：膜結構可以從根本克服傳統(tǒng)結構在大跨度（無支撐）建筑上實現所遇到的困難，可創(chuàng)造巨大的無遮擋可視空間，有效增加空間使用面積。
自潔性：膜建筑中采用具有防護涂層的膜材，可使建筑具有良好的自潔效果，同時保證建筑的使用壽命。
工期短：膜建筑工程中所有加工和制作均在工廠內完成，可減少現場施工時間，避免出現施工交叉，相對傳統(tǒng)建筑工程工期較短。膜建筑可廣泛應用于大型公共設施：體育場館的屋頂系統(tǒng)、機場大廳、展覽中心、購物中心、站臺等，又可以用于休閑設施、使用工業(yè)設施及標志性或景觀性建筑小品等。
膜結構是隨著現代科學技術發(fā)展起來的全新建筑技術表現形式，是材料科學、建筑學、結構力學以及現代環(huán)境學高速發(fā)展的綜合產物。
  20世紀60年代隨著現代柔性建筑材料的發(fā)展，建筑師們從帳篷著一最古老的簡單建筑結構出發(fā)，構造出了魔幻般的形式——膜結構。它可以構成單曲面，多曲面等不同建筑結構形式，滿足了建筑師們對建筑與美學高度統(tǒng)一的要求。
  柔性材料具有透光和防紫外線功能，在一些室外建筑和環(huán)境小品中得到廣泛的應用。正是由于這一特征，夜間的燈光設計使膜結構具有鮮明的環(huán)境標志特征。
  優(yōu)美造型的膜材，不銹鋼配件和緊固件加上設計輕巧合理，表面處理嚴格的鋼結構支撐，塑造出形式美觀，設計合理的膜結構，在當今世界范圍內的建筑環(huán)境設計中占有舉足輕重的地位。

1.娛樂空間
近年來，隨著建筑空間觀念的日益深化以及科學手段的不斷提高，“回歸自然”、“沐浴自然之溫馨”已是現代建筑環(huán)境學發(fā)展的主流。室內外的視線越來越模糊，出現了許多亦內亦外、相互滲透的不定空間，如：天井、四季廳、動植物園、體育、文化娛樂場所等。由于膜材的光透性，白天陽光可以透過膜材形成慢射光，使室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。

2.標志性小品
  一個城市的中心區(qū)反映一個城市的地理風貌和民族風情，同時，也是一個城市文化發(fā)展程度的標志。而景觀設計要求其具有廣泛的可讀性、雅俗共賞，既有超凡脫俗的藝術價值，又能使大眾喜聞樂見與大眾息息相通。膜結構以其鮮明的個性和標識性，應用于城市小品設計中。

3.綠色漫步道
  近年來，在人口密集的大城市，在居住區(qū)周邊配置綠色空間并有人行步道。居民可以在不受車輛的影響下，在居住區(qū)附近的街心地帶輕松愉快地散步、休憩，而感到十分愜意。在綠色空間中構造一座膜小品，即生動的美化了環(huán)境——如同廣闊綠洲中的點點白帆，又有很強的功能性——人們可以在行走之暇小憩一會兒。

4.商業(yè)街
  商業(yè)街在城市中占有相當大的比重。商業(yè)街的建筑與環(huán)境是城市文明的窗口，代表著物質文明和精神文明的水平，同時，也是景觀環(huán)境的重要組成部分。膜結構輕巧別致極具現代化風格，且易于安裝移動，在商業(yè)街設計中得以廣泛應用。

5.建筑入口
  建筑入口使城市公共空間與建筑空間相鄰的界面，成為城市空間的組成部分。它是人們視覺最先接觸的部分，因此，除了功能以外，還應有很強的標識性，并能體現建筑的個性，是建筑環(huán)境和城市景觀的重要組成部分。由于膜結構獨特的造型是其他結構類型無法比擬的，故成為近來建筑入口經常采用的形式。

6.步行街
  利用膜結構輕巧，別致的造型建造各種半封閉，全封閉的不行空間，使其形成全天候的建筑空間，提供防風雨，防日曬等人工環(huán)境，并有較好的標識招攬效果，因此是步行街改造和新建的絕佳選擇。

停車場
  隨著都市現代化步伐的加快，汽車成為任何一個都市不可缺少的交通工具。我國由于汽車工業(yè)高速發(fā)展，城市的汽車擁有量成倍上升，但城市建設規(guī)劃沒能盡快適應這一發(fā)展的要求，常常是車無停放之地。所以在建設群規(guī)劃時就應充分考慮停車場的問題，把停車場的建設和規(guī)劃當成現代城市建設規(guī)劃的重要組成部分，變得越來越重要。同樣，膜結構在停車場建設中也擔當重要角色。
生活在現代都市的人們已經從過去以謀生為目的的社會行為走上了以“樂生”為目的的新臺階，在精神上追求健康向上，愉快和富有人性的文化環(huán)境�，F代建筑環(huán)境是現代城市，現代文化與社會，現代人的生活和觀念的綜合表象。在展現人的個性化，自娛性和多元性環(huán)境空間方面，，膜結構以其獨具魅力的建筑形式，必將會在環(huán)境建設中得到越來越廣泛的應用。

膜材料介紹：
用于建筑膜結構的膜材，依涂層材不同大致可分為PVC膜與PTEF膜，膜材的正確選定應考慮其建筑的規(guī)模大小、用途、形式，使用年限及預算等綜合因素后決定。
PVC膜（PVC-Coated Polyester）　　
　PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材質柔軟，易施工的優(yōu)點。但在強度、耐用年限、防火性等性能上較PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纖維織物加上PVC涂層（聚氯乙烯）而成，一般建筑用的膜材，是在PVC涂層材的表面處理上，涂以數micron厚的壓克力樹脂(acrylic)，以改善防污性。但是，經過數年之后就會變色、污損、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用環(huán)境不同在5~8年。為了改善PVC膜材的耐侯性，近年來已研發(fā)出以氟素系樹脂于PVC涂層材的表面處理上做涂層，以改善其耐侯性及防污性的膜材。
　　PVDF
　　PVDF是二氟化樹脂（Polyvinylidene Fluoride）的略稱，在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂涂層的材料稱為PVDF膜。PVDF膜與一般的PVC膜比較，耐用年限改善至7~10年左右。
　　PVF　　　
　　PVF是一氟化樹脂（Polyvinyl Fluoride）的略稱。PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹脂做薄膜狀薄片（laminate）加工，比PVDF膜的耐久性更佳，更具有防沾污的優(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。
PTFE膜（PTFE Coated Fiberglass）　　
　PTFE膜是在超細玻璃纖維織物上，涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。PTFE膜****的特微就是耐久性、防火性與防污性高。但PTFE膜與PVC膜比較，材料費與加工費高，且柔軟性低，在施工上為避免玻璃纖維被折斷，須有專用治工具與施工技術。
耐久性：涂層材的PTFE對酸、鹼等化學物質及紫外線非常安定，不易發(fā)生變色或破裂。玻璃纖維在經長期使用后，不會引起強　　　　　　度劣化或張力減低。膜材顏色一般為白色、透光率高，耐久性在25年以上。
　　防污性：因涂層材為聚四氟乙烯樹脂，表面摩擦系數低，所以不易污染，可藉由雨水洗凈。
　　防火性：PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗合格的特性，可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。

索膜建筑與技術美學
FABRIC ARCHITECTURE & TECHNOLOGICAL AESTHETICS
1．索膜建筑的美建立在自然美與技術美的結合上，其結合點是“力”
  唯物主義美學認為美是客觀事物本身的屬性，自然美就在自然本身。為什么這么說呢？自然美的。規(guī)律在哪里呢？從英國動物學家湯普森的名言“形是力的圖解”中可以找到答案，它告訴我們自然物的形態(tài)是由內在的力決定的，即自然本身處在力的平衡狀態(tài)中。因此力就成為了自然美的規(guī)律之一。
  索膜建筑的形態(tài)恰恰是從自然事物的這一規(guī)律中尋找到的。索膜建筑的開拓者奧托十分重視從自然中尋找靈感。他提出“了解存在于自然之中的生成過程，人工地完成這種過程，乃是設計之道”。他為了設計出“輕的、節(jié)能的、靈活的、適應性強”的建筑；研究了許多自然現象，如水滴、昆蟲、樹枝、眼球、氣泡等等，并由此發(fā)展出一系列的試驗模型，有些模型被優(yōu)化后用于建筑的形態(tài)設計。為研究索膜結構的形態(tài)構成，他還進行了產生最小面積的肥皂泡試驗。
  索膜建筑的研究和形成過程正是借鑒了自然事物形態(tài)構成中力的規(guī)律，從而使索膜建筑的結構技術之美中孕育著自然美。“索膜建筑的靈魂是預張力”的論述，一語道破了索膜建筑美的內涵所在。
2．索膜建筑的美蘊涵著技術美與藝術美的結合，其結合點在“結構”
  建筑藝術是一種造型藝術，建筑美主要體現在造型上。造型設計以往都被稱作”藝術”；按照美學思想的不同被分為不同的風格和流派。但是富勒卻“試圖超越所有風格，超越設計師的個性化語言，而把它當成一種科學，即可以依據理性的原則進行的

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