膜結構建築是以高強度柔性薄膜材料(PVC、PTFE或ETFE等)與鋼索、支柱等支撐體係結合,通過預張應力形成穩定曲麵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應用於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西德館索膜支承膜片結構開啟了現代膜結構技術的應用和發展。我國膜結構建築應用始於1996年前後,此後在各類建築中得到了迅速發展。
膜結構建築常見的有三個類型。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杆和拉索共同構成機構體係,造型自由,可創造出各種張力自平衡、複雜且生動的空間形式,適用於體育與娛樂性場館、商場、餐廳等建築;充氣膜結構是通過向膜內充氣,使膜麵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維持膜麵形狀,氣囊式充氣膜結構則是通過多個獨立的氣囊來支撐膜麵,常用於體育館、展覽館、倉庫等建築;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築空間,造型較為簡潔,施工相對容易,適用於小型建築、景觀小品等。
膜結構建築相較於傳統建築,優勢還是非常明顯的。膜結構建築材料具有質輕、透光、柔韌姓高等特性,其依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性,自重比傳統建築結構小得多,可減輕基礎負擔,且便於運輸和安裝,且膜材的透光性可為建築提供所需照度,實現自然采光與人工采光的綜合利用,節約能源,同時在夜晚能使膜結構變成光的雕塑,在風荷載或雪荷載作用下會產生變形,通過變形來適應外荷載,可產生很大位移而不發生永久性變形,能有效抵抗荷載;膜結構建築的雕塑感強,且具有超高的安全性,其獨特曲麵外形使其具有強烈的雕塑感,膜麵通過張力達到自平衡,高低起伏的負高斯膜麵使體型較大的結構看上去輕盈地飄浮於天地之間,膜結構建築是按照各國規範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,意外坍塌時危險性較傳統建築結構小;膜結構的建築還具有節能環保,施工便捷等多種優勢,膜材生產過程中碳排放量相對較低,施工過程簡單快捷,減少了建築垃圾的產生和運輸過程中的能耗;同時,膜材良好的隔熱性能能降低空調和取暖能耗,膜材裁剪、拚合成型及骨架的鋼結構、鋼索均在工廠加工製作,現場隻需組裝,施工周期比傳統建築短。
膜結構建築應用領域廣泛。常見於體育場館、商業建築、文化展覽建築、交通建築和景觀建築等場景。在體育場館領域內的典型案例,如上海八萬人體育場、盤錦體育場等,膜結構可提供巨大的無遮擋可視空間,滿足觀眾的觀賽需求,同時其獨特的造型也為體育場館增添了獨特的魅力;在商業建築中,用於商業街、購物中心、商場入口等,輕巧別致的膜結構既能體現現代化風格,又能提供良好的廣告標識效果,還可根據需要進行安裝移動;在文化展覽建築中,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造出獨特的氛圍,使觀眾在參觀過程中獲得更好的體驗;在交通建築中,常見於機場、車站的候機大廳、雨棚等采用膜結構,不僅能滿足功能需求,還能為旅客提供舒適的等候環境,同時展現出現代化交通樞紐的形象;在景觀建築中,常見於公園、廣場、綠地等場所,膜結構可用於建造景觀小品、遮陽棚、休息亭等,為人們提供休閑娛樂的空間,同時美化環境。
膜結構建築具有長遠的發展空間。目前在技術革新方麵的舉措是2025年氣膜館將推行國家標準,集成智能溫控/通風係統提升能效。在跨界融合方麵計劃擴展至文化領域(氣膜音樂廳)、應急醫療(快速部署實驗室)。在智慧城市發展中,作為物聯網節點,參與環境數據收集與節能管理。膜結構憑借其藝術性與功能性的統一,持續重塑建築邊界,未來將在可持續設計與智慧化應用中發揮更大潛力。