膜結構建筑是以高強度柔性薄膜材料(PVC、PTFE或ETFE等)與鋼索、支柱等支撐體系結合,通過(guò)預張應力形成穩定曲面空間且能承受一定外荷載的空間結構形式。

膜結構的設想最早可追溯到1917年英國Willian Lanchester應用于野戰醫院的充氣帳篷,1946年美國Walter Bird首次建造了直徑15m的充氣穹頂,1967年德國F.Otto設計的蒙特利爾展覽會(huì )西德館索膜支承膜片結構開(kāi)啟了現代膜結構技術(shù)的應用和發(fā)展。我國膜結構建筑應用始于1996年前后,此后在各類(lèi)建筑中得到了迅速發(fā)展。

膜結構建筑常見(jiàn)的有三個(gè)類(lèi)型。分別是張拉膜結構、充氣膜結構和骨架式膜結構。其中張拉膜結構是依靠膜自身的張拉應力與支撐桿和拉索共同構成機構體系,造型自由,可創(chuàng )造出各種張力自平衡、復雜且生動(dòng)的空間形式,適用于體育與娛樂(lè )性場(chǎng)館、商場(chǎng)、餐廳等建筑;充氣膜結構是通過(guò)向膜內充氣,使膜面在空氣壓力作用下形成一定形狀,可分為氣承式和氣囊式兩種,氣承式充氣膜結構是依靠室內外空氣壓力差來(lái)維持膜面形狀,氣囊式充氣膜結構則是通過(guò)多個(gè)獨立的氣囊來(lái)支撐膜面,常用于體育館、展覽館、倉庫等建筑;骨架式膜結構是以鋼骨架、木骨架等為支撐結構,將膜材固定在骨架上形成建筑空間,造型較為簡(jiǎn)潔,施工相對容易,適用于小型建筑、景觀(guān)小品等。

膜結構建筑相較于傳統建筑,優(yōu)勢還是非常明顯的。膜結構建筑材料具有質(zhì)輕、透光、柔韌姓高等特性,其依靠預應力形態(tài)而非材料來(lái)保持結構的穩定性,自重比傳統建筑結構小得多,可減輕基礎負擔,且便于運輸和安裝,且膜材的透光性可為建筑提供所需照度,實(shí)現自然采光與人工采光的綜合利用,節約能源,同時(shí)在夜晚能使膜結構變成光的雕塑,在風(fēng)荷載或雪荷載作用下會(huì )產(chǎn)生變形,通過(guò)變形來(lái)適應外荷載,可產(chǎn)生很大位移而不發(fā)生永久性變形,能有效抵抗荷載;膜結構建筑的雕塑感強,且具有超高的安全性,其獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感,膜面通過(guò)張力達到自平衡,高低起伏的負高斯膜面使體型較大的結構看上去輕盈地飄浮于天地之間,膜結構建筑是按照各國規范和指南設計的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性,在地震等水平荷載作用下能保持穩定,且自重輕,意外坍塌時(shí)危險性較傳統建筑結構小;膜結構的建筑還具有節能環(huán)保,施工便捷等多種優(yōu)勢,膜材生產(chǎn)過(guò)程中碳排放量相對較低,施工過(guò)程簡(jiǎn)單快捷,減少了建筑垃圾的產(chǎn)生和運輸過(guò)程中的能耗;同時(shí),膜材良好的隔熱性能能降低空調和取暖能耗,膜材裁剪、拼合成型及骨架的鋼結構、鋼索均在工廠(chǎng)加工制作,現場(chǎng)只需組裝,施工周期比傳統建筑短。

膜結構建筑應用領(lǐng)域廣泛。常見(jiàn)于體育場(chǎng)館、商業(yè)建筑、文化展覽建筑、交通建筑和景觀(guān)建筑等場(chǎng)景。在體育場(chǎng)館領(lǐng)域內的典型案例,如上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)、盤(pán)錦體育場(chǎng)等,膜結構可提供巨大的無(wú)遮擋可視空間,滿(mǎn)足觀(guān)眾的觀(guān)賽需求,同時(shí)其獨特的造型也為體育場(chǎng)館增添了獨特的魅力;在商業(yè)建筑中,用于商業(yè)街、購物中心、商場(chǎng)入口等,輕巧別致的膜結構既能體現現代化風(fēng)格,又能提供良好的廣告標識效果,還可根據需要進(jìn)行安裝移動(dòng);在文化展覽建筑中,如博物館、展覽館等,膜結構的透光性和獨特造型可為展覽營(yíng)造出獨特的氛圍,使觀(guān)眾在參觀(guān)過(guò)程中獲得更好的體驗;在交通建筑中,常見(jiàn)于機場(chǎng)、車(chē)站的候機大廳、雨棚等采用膜結構,不僅能滿(mǎn)足功能需求,還能為旅客提供舒適的等候環(huán)境,同時(shí)展現出現代化交通樞紐的形象;在景觀(guān)建筑中,常見(jiàn)于公園、廣場(chǎng)、綠地等場(chǎng)所,膜結構可用于建造景觀(guān)小品、遮陽(yáng)棚、休息亭等,為人們提供休閑娛樂(lè )的空間,同時(shí)美化環(huán)境。

膜結構建筑具有長(cháng)遠的發(fā)展空間。目前在技術(shù)革新方面的舉措是2025年氣膜館將推行國家標準,集成智能溫控/通風(fēng)系統提升能效。在跨界融合方面計劃擴展至文化領(lǐng)域(氣膜音樂(lè )廳)、應急醫療(快速部署實(shí)驗室)。在智慧城市發(fā)展中,作為物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn),參與環(huán)境數據收集與節能管理。膜結構憑借其藝術(shù)性與功能性的統一,持續重塑建筑邊界,未來(lái)將在可持續設計與智慧化應用中發(fā)揮更大潛力。