膜結構起源于20世紀中期，21世紀成為最具代表性的建筑形式之一，代表案例包括北京奧運會(huì )“水立方”、國家大劇院等。它是由高強度柔性薄膜材料(如PVC、PTFE、ETFE)與輔助支撐體系(鋼索、鋼架或氣壓系統)結合，通過(guò)預張應力形成穩定空間曲面的一種建筑結構形式。其打破了傳統直線(xiàn)建筑風(fēng)格，以曲面造型實(shí)現剛柔并濟的美學(xué)效果。主要分為‌充氣膜結構‌(靠氣壓差維持形態(tài))和‌張拉膜結構‌(靠索網(wǎng)與支柱施加預應力)兩大類(lèi)。它的受力原理是通過(guò)預應力張拉使膜材產(chǎn)生張力，形成穩定曲面，抵抗外部荷載(如風(fēng)、雪、自重)。

　　膜結構應用領(lǐng)域廣泛，其中就包含建筑領(lǐng)域、景觀(guān)與商業(yè)、工業(yè)與環(huán)保，以及其他場(chǎng)景。在建筑領(lǐng)域中，主要包含體育場(chǎng)館(如北京奧運會(huì ) “水立方”(ETFE 膜結構)、上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)看臺罩棚)文化設施(博物館、劇場(chǎng)的異形屋頂，如廣州大劇院膜結構外立面)、交通樞紐(機場(chǎng)航站樓、地鐵站出入口，如深圳寶安機場(chǎng)T3航站樓)。在景觀(guān)與商業(yè)中，常見(jiàn)的有公園涼亭、步行街遮陽(yáng)棚、藝術(shù)裝置、商場(chǎng)入口雨棚、展覽展廳臨時(shí)建筑等。在工業(yè)與環(huán)保中，主要包含工業(yè)倉儲中大跨度膜結構倉庫(耐候性強，施工周期短)，環(huán)保工程中污水池加蓋(防異味擴散，膜材耐腐蝕)、垃圾填埋場(chǎng)覆蓋等。在其他場(chǎng)景中，多見(jiàn)于臨時(shí)性建筑，如演唱會(huì )舞臺頂棚、救災帳篷，農業(yè)領(lǐng)域方面，有溫室大棚(透光性好，調節溫濕度)等。

　　膜結構在設計與施工方面有諸多要點(diǎn)。首先是設計關(guān)鍵環(huán)節，其中包含力學(xué)分析，通過(guò)有限元軟件(如ANSYS)計算膜面張力分布，確保荷載下不產(chǎn)生褶皺或撕裂;找形設計，根據建筑造型需求，確定膜面初始形態(tài)(如馬鞍形、雙曲面)，需兼顧受力合理性;剪裁設計是將三維膜面展開(kāi)為二維裁剪片，考慮材料熱脹冷縮及張拉后的變形量(誤差需控制在1%以?xún)?。然后是施工流程方面，其中包含基礎與支架安裝，也就是澆筑混凝土基礎，安裝鋼結構骨架或索網(wǎng);膜材的加工，其是在工廠(chǎng)按裁剪圖焊接膜片(熱熔焊接或高頻焊接)，進(jìn)行水密性測試;現場(chǎng)張拉是將膜材吊裝到位，通過(guò)鋼索或千斤頂逐步張拉至設計預應力值;細節處理是密封邊緣接縫，安裝排水槽、檢修通道等附屬設施。最后必須要兼顧的是安全與技術(shù)難點(diǎn)，需考慮風(fēng)荷載下的膜面振動(dòng)(如設置減震裝置)，還有防火要求，膜材需達到B1級以上防火標準(如PTFE膜材為不燃材料)。

　　膜結構相較于傳統的建筑特點(diǎn)優(yōu)勢有很多。如其‌大跨度無(wú)柱空間‌，自重輕(僅為傳統建材的1/30)，可通過(guò)預應力索網(wǎng)或氣壓系統實(shí)現百米級無(wú)支撐覆蓋，創(chuàng )造開(kāi)闊的無(wú)遮擋空間，顯著(zhù)提升空間利用率;其藝術(shù)造型自由‌，可突破傳統直線(xiàn)建筑限制，以曲面形態(tài)融合造型學(xué)與色彩學(xué)，可塑造任意曲線(xiàn)造型，兼具結構受力美感與現代藝術(shù)表現力;還有膜材的透光節能性‌，使其透光率達90%以上，白天減少照明能耗，夜間配合燈光形成景觀(guān)照明，降低長(cháng)期運營(yíng)成本;其還具有自潔性，表面防護涂層通過(guò)雨水自然沖刷保持清潔，減少維護需求;安全性‌也有保障，其阻燃材料滿(mǎn)足防火標準，柔性結構抗震抗風(fēng)性強，極端天氣下穩定性高;PTFE膜材壽命超30年，耐候性適應多種氣候環(huán)境，擁有超高的耐久性;膜結構在‌建造與環(huán)保效率也有極大優(yōu)勢，其施工便捷‌，膜材與鋼結構工廠(chǎng)預制，現場(chǎng)組裝縮短工期30%-50%;材料可循環(huán)利用‌，ETFE等材料可回收，符合綠色建筑標準;由于其短期建筑成本較低，且透光性節約長(cháng)期能源消耗，大跨度設計可減少立柱和基礎造價(jià)，其具有超高的經(jīng)濟性。

　　膜結構的結構類(lèi)型細分下有骨架式、張拉式、充氣式和復合式四種結構形式。其中骨架式膜結構是以鋼框架、鋁合金框架或其他剛性結構(如桁架、網(wǎng)架)作為骨架，膜材覆蓋在骨架上，通過(guò)連接件固定，它的受力方式主要是膜材，膜材主要承受自重及外部荷載(如風(fēng)、雪)，骨架承擔主要的抗彎、抗壓荷載，其造型特點(diǎn)是骨架造型決定膜面形態(tài)，多為規則幾何形狀(如拱、傘形)，膜面平整度高，適合對造型精度要求較高的場(chǎng)景，適用于中小型建筑(如商業(yè)設施、景觀(guān)小品)、體育館看臺、收費站等，對跨度要求不高時(shí)經(jīng)濟性較好;張拉式膜結構是由膜材、鋼索和支柱(或錨點(diǎn))共同組成，通過(guò)張拉鋼索在膜材中引入預張力，形成穩定的曲面結構，它的受力方式是利用膜材的抗拉性能和鋼索的張力平衡外部荷載，結構整體呈柔性狀態(tài)，可通過(guò)調整張力分布實(shí)現復雜造型，它的造型特點(diǎn)是其膜面可形成自由曲面(如馬鞍形、雙曲面)，造型輕盈靈動(dòng)，富有藝術(shù)感，是大跨度建筑的首選類(lèi)型，其類(lèi)型也可細分為索穹頂(Cable Dome)和脊谷式(Ridge and Valley)，索穹頂是以環(huán)形鋼索和徑向鋼索構成索網(wǎng)，膜材覆蓋其上，典型案例為美國丹佛國際機場(chǎng)航站樓，脊谷式是通過(guò)脊索和谷索形成高低起伏的膜面，如上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)罩棚;張拉式膜結構適用于大型體育場(chǎng)館(如奧運會(huì )場(chǎng)館)、展覽館、機場(chǎng)航站樓等大跨度公共建筑;充氣式膜結構(Inflatable Membrane Structure)的結構特點(diǎn)是依靠室內外氣壓差(充氣)使膜材膨脹形成結構剛度，分為氣壓式和氣承式兩種，其中氣壓(Inflatable Tube Structure)事物原理是通過(guò)向膜材制成的管狀構件內充氣，形成剛性骨架，再組合成整體結構(如充氣拱門(mén))，氣承式(Air-supported Structure)的原理是將膜材固定于建筑周邊，通過(guò)持續送風(fēng)使室內氣壓高于室外(通常壓差約10-30Pa)，膜面在氣壓作用下向上隆起，形成大跨度無(wú)柱空間，氣壓差是其主要支撐力，膜材僅承受拉力，無(wú)需額外骨架，適用于臨時(shí)建筑(如展覽大棚、體育訓練館)、倉儲空間等，施工速度快，但需持續供氣，維護成本較高(如北京奧運會(huì )沙灘排球場(chǎng)曾采用氣承式結構);最后是復合式膜結構(Composite Membrane Structure)也是最不常見(jiàn)的結構類(lèi)型，它的結構特點(diǎn)是將上述兩種或多種結構形式結合，如 “骨架 + 張拉”“張拉 + 充氣”，兼具不同結構的優(yōu)勢，部分大跨度場(chǎng)館以剛性骨架作為主要支撐，局部采用張拉索膜優(yōu)化造型，或在氣承式結構中加入鋼索增強穩定性。

　　膜結構具有長(cháng)遠的、可持續性的發(fā)展趨勢。其新材料的研發(fā)有納米涂層膜材(提升自潔性與耐候性)，光伏膜材(集成太陽(yáng)能電池，實(shí)現建筑發(fā)電)，智能化應用可結合傳感器監測膜面應力，實(shí)時(shí)調整預應力。BIM技術(shù)全程優(yōu)化設計與施工流程。綠色環(huán)保方向，加大可回收膜材(如熱塑性ETFE)的推廣。還有與生態(tài)建筑結合(如透光膜結構溫室與垂直綠化結合)等。‌