膜结构基本形态.ppt

膜结构基本形态.ppt

《膜结构基本形态.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《膜结构基本形态.ppt（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

膜结构形态分析及其在环境设计中的应用学生：

吕文文学号：

11125935指导老师：

姜忆南课程名称：

新型结构建筑技术引言引言建筑史上，对大空间的追求一直是人们不懈努力的目标。

从万神庙到圣索非亚大教堂，巴黎机械展览馆到悉尼歌剧院，大空间向来是时代建筑的最强音，大空间建筑一直在建筑界占据着显赫的位置。

人类步入工业化社会后，随着社会物质、文化生活水平的提高及科学技术的迅速发展，人类对大型公共活动场所提出了新的要求，造就出各种各样大空间建筑的结构形式：

网架、壳体、索网架、壳体、索网、膜结构网、膜结构等。

其中，张拉膜结构独树一帜，以自己卓越的性能和其它结构无法比拟的优美造型，正逐渐成为大跨度结构中的一支主流。

膜结构是空间结构中应用系统内在张力进行结构体系塑造的一种建筑建造。

它以通过使用性能优良的编织物为建筑材料，同时利用拉索或刚性支承结构向膜面预施加张力支承膜面；或向膜腔内充入空气加压，由空气压力支承膜面，从而形成具有一定刚度、能够覆盖较大空间的结构体系。

膜结构建筑的具体定义可以理解为：

主要通过膜材料形成对屋顶或围护结构进行塑造，同时并形成稳定空间形状；或者是以膜结构作为主要结构型式进行设计建造的建筑形式。

膜结构建筑是把膜结构体系应用于建筑空间塑造的新型建筑技术表现形式，是现代化学、材料科学、建筑学、结构力学、计算机科学以及现代景观学高速发展的综物。

被誉为是继砖木建筑、钢筋混凝土建筑、钢结构建筑后的“第四代建筑”。

一：

膜结构建筑体系一：

膜结构建筑体系1.1.1.1.膜结构建筑的分类膜结构建筑的分类膜结构形式根据施加张力的媒介施加张力的媒介不同，可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。

按建造形式建造形式，可分为：

开敞型膜结构建筑、封闭型膜结构建筑。

按膜面构成形式膜面构成形式：

硬（刚性）边界造型，软边界造型和混合边界造型膜结构建筑。

按使用方式：

可分为功能型、观赏型膜结构建筑。

按造型方式：

可分为独立单元造型，单元组合造型膜结构建筑。

按使用膜材：

可分为PVC膜材、PTFE膜材、ETFE膜材膜结构建筑。

除此以外还有可折叠的开合膜结构。

1.2.1.2.膜结构建筑的特征膜结构建筑的特征膜结构建筑的优点：

膜结构建筑的优点：

（1）膜结构建筑具备形成优美造型的可能。

（2）膜结构建筑比较经济。

（3）膜结构适于修建大跨度结构。

（4）安全可靠。

（5）优良的建筑物理性能。

膜结构建筑的不足膜结构建筑的不足:

（1）保温性能差。

（2）膜布的隔声性能差。

（3）价格相对较高。

1.31.3膜结构建筑的应用膜结构建筑的应用通过总结可以看到，在目前情况下，膜结构建筑被广泛的用于以下各个领域：

文化设施展览中心、剧场、会议厅、博物馆、植物园、水族馆等；体育设施体育场、体育馆、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等；商业设施商场、购物中心、酒店、餐厅、商店门头（挑檐雨蓬）、商业街等；交通设施机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等；工业设施工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等；景观设施建筑入口、标志性小品、步行街、停车场等。

综上所述，膜结掏建筑拥有自身无法代替的优点，不仅可以创造出造型优美的空间体系，而且由于结构体系的自然形成，因此具有显著的经济性。

同时膜结构建筑膜材还可以再回收循环利用，也具有明显的社会综合效益。

所以人们往往认为，膜结构建筑是2l世纪的绿色环保建筑。

二：

膜结构建筑形态构成二：

膜结构建筑形态构成2.1.2.1.膜结构形态构成的造型单元膜结构形态构成的造型单元创造一个新形式时。

不管目标的大小，设计者创造全新形式的灵感可能来自于大自然，像是树叶、气泡、贝壳、羽毛等东西，不论是哪一类，在应用到实际的建筑设计时就必须把他们转化成具体的可操作的几何图形来实现。

在包豪斯的造型表现上，体现出“一切作品都要尽量简化为最简单的几何图形”并进行实践，这种以几何形体构建的结构具有理性的逻辑思维，使人容易掌握其规律、原理，进而通过不同的设计将其体现出来。

膜结构建筑造型设计过程中也有类型原本可以发展作为设计的基础，膜结构造型的构成基本元素可归结为双曲抛物面单元。

2.1.12.1.1基本单元基本单元膜结构造型的基本单元是双曲面单元（俗称鞍形膜面单元），鞍形膜面单元是一种常见的膜结构小品建筑造型，是典型的负高斯曲率的曲面，也是最简洁的膜结构造型。

221122一级衍生单元一级衍生单元以鞍形曲面（双曲抛物面）为基本形，按照曲面上每一个局部的膜面都符合负高斯曲面特性原则，通过边界控制在鞍形曲面基础上变形出来的一系列曲面，归纳有代表性的曲面单元分为5类，称为一级衍生单元。

（1）自由变形面点控制成面单元由多于3个不共面的空间点确定的只有一条闭合边界的曲面。

造型特点是曲面完全由空间点控制张拉成型，全部是自由边界。

（2）贝形面点与线控制成面单元由非直线或多条不再一条直线上的线段与线段所在面外一点或多点共同确定的只有一条闭合边界的曲面。

造型特点是控制曲面的非直线段和直线段的端点即是膜边界交汇点，有多少控制因素就相应有多少条自由边界。

（3）瓦形面一一线与线控制成面单元由两条或多条不共面线段确定的只有一条闭合边界的曲血。

曲面特点是至少有两段不相邻的自由边界。

（4）三角瓦形而一一线控制成面单元由条不闭合字问线段确定的只有一条闭台边界的曲断。

造型特点是曲面边界由一部分硬边界和一部分自由边界组成。

（5）叶形面闭合线控制成面单元由一条闭合的空间线为边界确定的曲面。

造型特点是闭合空间线即为曲面边界（硬边界），且没有自由边界。

2.1.32.1.3二级衍生单元二级衍生单元根据二级衍生单元的演变形式，各种组合的演变形状可以分为5类：

（1）足鞍形的连续变形面，特征是：

多个鞍形面按照线性组合，由一系列空间点确定的只有一条闭合边界的曲面。

（2）星形面，特征是：

多个鞍形面按照放射状组合，由一系列空问点确定的只有一条闭合边界的曲面。

（3）伞形面，特征是：

多个鞍形面按照半开敞形式组合，由一条闭合边界线与线外点或线段共同确定的曲面。

（4）裙形面，特征是：

多个鞍形面按照环形方式组合，由两条不交叉的闭合边界线确定的曲面。

（4）管形面，特征是：

多个鞍形面按照半封闭形式组台由多条不交叉的闭合边界线确定的曲面。

三：

膜结构建筑及材料的发展三：

膜结构建筑及材料的发展3.1203.120世纪膜结构建筑和膜结构材料的发展历程世纪膜结构建筑和膜结构材料的发展历程3.1.13.1.1国际上膜结构建筑的发展情况国际上膜结构建筑的发展情况一般认为，现代膜结构建筑的出现是从1970年大阪世博会开始的。

其标志性建筑是在该届世博会上展出的美国馆美国馆，它采用气承式膜结构建筑，外形近视椭圆形，具体尺寸为140m835m。

该展馆之所以在当时受到瞩目，是因为它是世界上首次出现的现代膜结构建筑，其使用的膜材是玻纤织物涂以聚氯乙烯玻纤织物涂以聚氯乙烯（PVC）（PVC）树脂树脂，与后来大量建造的膜结构建筑材料类似。

大阪世博会以后，在20世纪最后的20年中，膜结构建筑得到了快速发展。

当时据专家估计，19701996年世界上大约已建造了150座大型膜结构建筑，其中美国占有很大的比例。

下面是一些具有代表性的膜结构建筑及其所用膜材。

1952年沙特阿拉伯建成吉大机场哈吉候机厅吉大机场哈吉候机厅，至今它仍是世界上最大的膜结构建筑，总面积达到42万平米，全部使用玻纤织物玻纤织物涂以聚四氟乙烯（PTFE）树脂，织物面积超过50万平米。

大约1995年左右，美国建造了丹佛丹佛（Denver）（Denver）国际机场国际机场，采用双层玻纤织双层玻纤织物涂以PTFE树脂的膜结构建筑，篷面设计可透过光线，使整个场所都有充足的采光，顶篷由钢制栓柱和缆绳吊住，面积为2万平米。

1996年美国在亚特兰大建造的乔治亚圆顶体育馆乔治亚圆顶体育馆，整个圆顶采用缆绳支持，该建筑首次应用于1996年奥运会会场。

丹佛丹佛（Denver）（Denver）国际机场国际机场3.1.23.1.2中国膜结构建筑的发展情况中国膜结构建筑的发展情况中国的膜结构建筑发展相对较晚，1997年在上海建成了容纳8万人的上海体育场上海体育场，这是我国首次将膜结构建筑应用到大型体育场上，其覆盖面积为361万m2，所用的膜材料全部从国外进口，包括玻纤织物涂玻纤织物涂PTFEPTFE树脂的膜材料树脂的膜材料和一些附属材料附属材料，设计、施工也依赖外国公司。

我国第2个大型膜结构建筑是青岛颐中体育场青岛颐中体育场，总面积为3万m2，所采用的膜材料为涤纶工业丝织造的织物涤纶工业丝织造的织物，以PVC进行涂层，其顶面层再覆以聚偏氟乙烯层（PVDF），可容纳6万观众。

上海体育场青岛颐中体育场上海体育场青岛颐中体育场自此以后，膜结构建筑在我国得到了迅速发展，如上海虹口足球场，武汉、郑州，广州等一些城市都纷纷建造了运动场馆，甚至一些中小城市亦相继效仿。

除了体育场馆外，如展览馆、会展中心，水上乐园，剧场、飞机场、加油站等亦纷纷采用膜结构建筑。

3.23.2膜结构材料的分类及其性能特点膜结构材料的分类及其性能特点根据以上介绍，20世纪开发出的膜材基本上都以纺织材料为基材（包括玻璃纤维和涤纶，用以织成织物），表面再加以涂层（或贴合）。

主要有两大类，一类是玻璃纤维涂玻璃纤维涂PTFEPTFE树脂树脂；另一类是涤纶涤纶织物涂织物涂PVCPVC树脂树脂。

膜材的选择是决定膜结构建筑能否取得助的决定性因素之以，因此，必须认真加以对比分析。

3.33.3大型场馆对新型膜材的应用大型场馆对新型膜材的应用3.3.13.3.1北京奥运会北京奥运会20世纪未、21世纪初时国际上出现了一些新型膜材其中之一的化学成分为乙烯四氟乙烯共聚物即ETFE亦称P40。

选种膜材的特点是抗势切切机械强度高，耐低温冲击忡性能好，而目化学性能稳定，耐辐射性能好2008年中国举办奥运会，其场馆建设引起了世人的关注。

其所采用的膜结构建筑，无论从外观还是内在质量上都在膜建筑发展史上达到了全新的高度。

奥运会主体育场鸟巢，采用钢结构焊结，外展紧贴的就是ETFE膜。

游泳馆水立方。

其单元结构为多角形的框架结构。

对于体育场形成全封闭，外表面积达到10万m2。

形成双层气枕（PTFE膜制作）和一层ETFE膜结构。

游泳馆外形由众多呈立体状的水泡组成，夜晚时灯火通明，显得十分壮观。

北京奥运会主场馆：

鸟巢北京奥运会主场馆：

鸟巢（左）、水立方（右）左）、水立方（右）3.3.23.3.2上海世博上海世博上海世博会是世博会历史上规摸景大的一届各国各具特色的展馆给参观者留下了深刻的印象，其中包括一些以纺织品膜结构建筑为主的建筑群。

上海世博会世博轴使用了7万平米的膜材料，采用张拉膜式膜结构。

所使用的膜材料同北京奥运会一样，同样为ETFE系列产品。

以世博轴为标志的整个景区，形成膜结构建筑群，甚至连联接展馆的过道上都布满了富有情趣的遮阳伞。

在国家展览馆中，日本展览馆外形酷如一只“紫蚕”，主要采用膜建筑材料建成，据称“会发电、会呼吸”。

整个场馆外壁被不同形状的膜材覆盖。

上海世博会世博轴上海世博会世博轴日本馆的“紫蚕”造型日本馆的“紫蚕”造型四：

张拉膜结构在环境设计中的应用四：

张拉膜结构在环境设计中的应用4.14.1张拉膜结构体系的组成及其功能张拉膜结构体系的组成及其功能张拉膜结构体系的基本组成单元为：

支承杆、张拉索与覆盖的支承杆、张拉索与覆盖的膜材膜材。

其结构找形膜蓬又可分为双曲抛物面双曲抛物面（鞍型单元）和类锥型悬类锥型悬链面链面（帐棚单元）。

鞍型单元为正方形正方形或棱形的膜布棱形的膜布。

鞍型单元鞍型单元构成的屋盖易于排水，投影下的建筑空间可充分利用，设计师利用鞍型单元的组合可设计出丰富多彩的建筑形体与空间。

帐蓬单元帐蓬单元则是由悬链线绕中心轴旋转围合而成的空间曲面。

帐蓬膜单元中心支撑杆挂起吊环，膜布嵌固于环上，周边用定位杆和地锚索固定于地面或建筑的环粱上。

帐蓬膜顶的吊环上应有防水通风帽并设计能抗风的位移构件。

与鞍型膜面相比帐蓬膜易构成封闭的空间，帐蓬膜单元更易组成群峰形建筑。

美国丹佛国际机场候机大楼的屋盖是由17对张拉膜单元组成，覆盖面积约18万平米，可谓索膜建筑的精华和代表。

4.24.2张拉膜结构在环境设计中的基本要素张拉膜结构在环境设计中的基本要素张拉膜结构设计打破了传统的“先建筑，后结构”做法，要求建筑设计与结构设计无可选择地变成完美的结合。

张拉膜建筑方案实质上也同时是膜结构体系方案。

在设计过程中，建筑师必须对膜结构体系有深刻的理解，其“找形”设计先按建筑要求设定大致的几何形，然后借助计算机辅助设计对膜面旌加的预应力进行传力体系分析。

参考文献：

参考文献：

1.李虎.膜结构建筑形态研究：

博士学位论文】.上海：

同济大学，2009.2徐仆，李桂梅.膜结构建筑及膜材料的发展J.纺织导报，2011（5）.