膜结构是一种新型的建筑形式,广泛应用于现代建筑设计中。膜结构的主要材料由基布和涂层两部分组成,其中基布通常采用聚酯纤维和玻璃纤维,而涂层材料则以聚氯乙烯(PVC)和聚四氟乙烯(PTFE)为主。常用的膜材主要分为PVC膜材、PTFE膜材和ETFE膜材三大类。
PVC膜材是由聚酯纤维涂覆聚氯乙烯而成,为了提升其性能,常在表面添加一层聚偏四氟乙烯(PVDF)涂层,以增强其抗老化和自洁能力,通常使用寿命可达到25年左右。采用PVC膜材建造的膜结构被认为是半建筑。
PTFE膜材则是由玻璃纤维涂覆聚四氟乙烯,具有较高的强度和弹性模量,其自洁、耐久和耐火性能非常优越,但价格相对较高且不易折叠,制作精度要求较高,使用寿命一般可达到30年以上。因此,PTFE膜材特别适合用于全建筑。
ETFE膜材为乙烯四氟乙烯共聚物,兼具聚四氟乙烯的优良性能和乙烯的易加工性,同时还具备耐溶剂和耐辐射的特性,是继PVC膜材和PTFE膜材之后新兴的建筑材料。ETFE膜材已在国外的许多体育场馆和温室中取得成功应用,但在我国的膜材结构建筑中起步较晚,目前主要以PVC膜材为主,偶尔使用PTFE膜材,ETFE膜材在2008年奥运场馆建设时开始受到关注。
膜结构不仅在美学上展现了建筑师的创造力,同时也体现了结构的受力美。其经济性体现在膜材良好的透光率上,能够有效减少白天的照明需求,从而节省能源开支。此外,夜间灯光的透射效果还能形成吸引人的视觉景观,提高广告宣传效益。
膜结构的最大优势之一是其大跨度设计能力,有效克服了传统建筑在无支撑大跨度建筑中的难题,创造出宽广无遮挡的可视空间。同时,采用防护涂层的膜材能实现良好的自洁效果,确保建筑的长期使用寿命。
得益于膜建筑的大部分加工和制作在工厂内部完成,现场施工时间大大缩短,减少了因多工种交叉作业而导致的相互干扰,这使得膜建筑的工期显著比传统建筑短。膜建筑广泛应用于大型公共设施,如体育场馆、机场大厅、展览中心、购物中心等,同时也适合用于休闲设施、工业设施以及标志性景观建筑等。
膜材作为柔性材料,能够灵活地构造出传统刚性材料难以实现的复杂空间曲面。这种结构不仅可以依靠钢骨架的支持,还能通过索具的张拉形成多样的空间形态,膜结构生成的曲面光滑柔和,展现出膜材料的受力美和结构之美。