膜结构建筑的发展

    1961年，AIA杂志发表了“Tent”的文章，向人们揭示了膜结构的重要性，从建筑的角度研究并发展了现代的膜结构，引起了全世界的关注，代表着现代膜结构的起点，其技术和思想反映在蒙特利尔1967年万国博览会上，是膜结构发展历程上划时代的一笔。
   1970年在日本大阪举行的万国博览会上，许多日本建筑师开始用膜新材料来创造新的独特空间，为发掘膜结构的潜力提供了极好的机会。该博览会美国馆采用低矢跨比(比较平坦)的充气膜结构，是充气膜结构发展历史上的里程碑。
   20世纪70年代，Geiger Berger公司发展了充气膜。随之而来的是PTFE涂层的玻璃纤维膜成为新型膜材，在美国出现了许多巨型的膜结构，如1975年在美国Pontiac城建成拥有80000个席位的Silver穹顶。这些大跨度建筑表明了膜结构的优点，即大空间不再是黑暗而且有压迫感的，这些穹顶还能经济地跨越大空间。
    因为充气膜要克服诸如经常性地发生结构事故、持续充气带来的高成本、控制气压的复杂性、空间封闭性等问题，人们开始探索新的膜结构形式。在北美洲，膜结构作为永久性建筑开发了新的功能。例如1980年的佛罗里达大学Stephen C. 0 Connel中心，1984年的Lindsay公园体育中心，1989年的San Diego解放中心，1990年的Chene公园露天剧场等，均是完美外形与创新结构的结合。
      80年代末期，美国人B. Fuller提出了张拉整体穹顶的设想，并最早引入这种新的结构形式来覆盖大空间，人们开始用这种索－杆组合膜结构代替早期的充气穹顶。1986年圣奥林匹克国家体育中心的体操馆和击剑馆是由Geiger公司设计的。1988年Weidlinger公司设计了Ilinois州立大学Redbird体育场、1989年的Thunder穹顶、1992年的佐治亚穹顶，这些建筑都采用了张拉整体结构体系。
    80年代，许多著名的建筑师开始在欧洲国家设计膜结构并改进了设计标准，其工程则别具一格，更为独特。1985年Schlumberger大学是欧洲第一个拥有膜结构的研究中心，采用索－膜的组合结构。足球场上跨越观众席的传统屋顶，容易使下面的空间变暗，而在欧洲建造的膜结构却不会如此。1990年罗马奥林匹克体育场的膜结构从受压环的空间框架上悬挂下来，既轻盈又美观，成为跨越观众席的屋顶最常用的模型，比其他结构取得了更大的合理性和经济性。
    如今膜结构建筑已开始在全世界普及。日本和韩国共同举办的2002年世界杯足球赛的场馆中，日本国赛场10个体育场中有6个采用膜结构（新泻体育馆、鹿岛体育馆等），韩国赛场10个体育场中有5个采用膜结构（汉城体育馆、大邱体育馆等)，沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的悬挂膜结构占地达42万m2，至今仍是世界上面积最大的膜结构建筑物。
    从国内外的实践经验来看，膜结构具有强大的生命力，已成为结构设计选型中的一个主要方案。
    膜结构材料的发展
    欧美、日本早期的膜结构主要采用PVC涂层的聚酯纤维膜，该膜材料具有强度较高、抗撕裂性能较好，能够满足早期膜结构建筑的需要，但是该材料存在着自洁性能差、不耐紫外线、使用寿命短以及在恶劣气候条件下存在发生事故的可能。后来大跨度膜结构建筑的建设，强度高、自结性能好的PTFE涂层玻璃纤维膜得到了更广泛的应用。上世纪90年代又研发成功PVF和PVDF膜结构，并且在工程中得到应用。
    膜结构的著名生产企业主要集中在美国、日本和德国等少数几个发达国家。PVC膜以及PVF膜、PVDF膜主要由法国（Ferrari公司）、德国（Mehler（米乐）公司、Durakin公司）、美国(Seamen公司)和韩国（秀博公司）生产；PTFE膜主要由日本太阳工业株式会社、日本旭硝子株式会社等生产；另外，ETFE膜只有日本旭硝子株式会社等三家企业生产，由于价格昂贵、施工要求高，只用于特定的运动场馆建设。
    国内膜结构建筑的发展
    我国膜结构建筑发展相对较晚,从1995年开始，只建造了一个面积为3300m2的膜结构，1997年前国内只有少量小型和中型的膜结构建筑；1997年上海举办第八届全运会，其主体育场的看台挑篷采用膜结构，挑篷面积达到3.6万m2,可同时容纳8万名观众。这是我国第一次在大型体育场馆采用膜结构建筑的屋顶，为我国采用膜结构建筑掀开了新的一页，对我国膜结构建筑的发展具有重大的影响。上海体育场采用玻纤PTFE膜材料,全部系进口产品。
    从1997年至2001年，五年内建造的膜结构达37万吨；2003年建造的膜结构约18万吨；2005年、2006年建造的膜结构分别超过33和40万吨。预测我国的膜结构将继续以每年15～20%速度增长，2010年将达到60万吨。随着我国经济增长和文化生活的不断丰富，将建造更多的具有新颖功能、形式多样的建筑。 2010年的世界博览会在上海举行，各种类型的展览馆建设以及全国各地大小不等的膜结构建筑随着膜结构技术的发展，应用越来越广。建筑上膜结构材料具有强大的生命力，必将是21世纪建筑结构发展的主流，市场前景将十分广阔。
    国内膜结构材料的发展
    自1995年膜结构材料在国内应用以来，高性能膜材料主要依赖进口。同时，我国相关企业、高校等抓紧开展膜结构材料基材、涂层加工技术，应用性能的研究，通过引进技术和装备，我国部分企业已经能够生产PVC膜材、PVDF膜材和PTFE膜材。宁波天塔集团在国内首家开发出PTFE玻纤膜材，由于所用的6m玻璃纤维比国外所用的3m玻璃纤维要粗，最终产品的性能与国外相比有较大的差异；2002年上海申达科宝有限公司全套引进德国Mehler（米乐）公司PVC＋PVDF粘贴膜技术和德国KKA公司的全套热熔生产线装备生产PVDF膜结构材料，该膜结构材料的结构图如图6所示。

    但是，国内膜结构材料因物理性能欠佳，或因力学性能不足，尚难以满足国内大型工程和膜结构产业发展的需要。目前，国内90％的膜结构工程采用进口膜材料，如2008北京奥运会国家体育馆-鸟巢、国家游泳馆-水立方全部采用德国FORTEX公司和日本旭硝子株式会社的高性能膜材，仅这两个场馆的膜结构材料就达到32万m2。
    膜结构材料的应用前景
    膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，以性能优良的织物为基材，利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。膜材的最大特点是强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响，使用寿命在15～25年，具有高透光率，对热能反射率73%，热吸收量很少。这种独特的结构有着无限的潜力，能适应各种功能，具有强大的生命力，必将成为21世纪建筑结构发展的主流。