膜结构材料的特殊性能

膜材料是一种新型的建筑材料，被公认为是继木材、砖、石、混凝土和钢之后的第六种建筑材料。

膜结构采用的薄膜的材料种类有多种可能，大多采用涂层织物薄膜，主要分为两部分，在其内部为基材织物，主要决定膜材的力学性质，提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等;外层为涂层，主要解决膜材的物理性质，提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等。在实践中，常用膜材一般为聚酯织物涂敷氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树脂涂层膜材等。膜材并接的结构接缝多采用热焊，非结构接缝采用缝合。

膜材料是一种具有优良性能的柔软织物，表面涂覆有特殊涂层，具有很高的抗拉强度，既可以用作建筑围护又可以参与结构作为结构构件，明显区别于其他的建筑材料的性能。总结如下:

1.轻质高强

膜材自重0.7~1.5kg/m2，比强度(抗拉)高达到3~10kN/5cm。

膜结构中可以通过施加预应力合理地改变其他构件的受力分布，从而极大地提高结构整体抵抗外部作用效应的性能，充分发挥膜材料的性能，可以轻易跨越较大的跨度。以达到“用最少的材料创造最有利的空间形式”，即Fller (富勒)的“少费多用”思想。

2. 易造型

膜材料是一种极薄的面材，其平面内可以承受较大的应力，但很小的平面外的压力就可以使材料破坏，所以，膜材料是通过施加预应力，用自身的曲面变形来抵抗外部荷载。膜结构的受力特点和膜材料的柔软性能，决定了它可以轻松塑造那些千姿百态的曲面。

3.透光性

对于大型的屋顶，半透明或透明会减少对人的压迫感，透明使巨大的结构变得轻盈，同时可以在屋顶下面产生均匀的自然漫射光。 膜材也可以用于立面的围护体系，代替玻璃成为新型的幕墙材料。

以上特性综合在一起，就是膜材区别于其他材料的显著特点。可以看出，其不同于砖石、混凝土、钢材和玻璃等传统材料。传统的材料在建筑实践中的使用，无非是立柱架梁、砌墙铺板，传力路线也相对简明。膜材料在建筑设计应用中主要表现为屋顶，甚至延伸到墙体到地面，绝大多数膜结构都属于空间结构体系，其应力分析和几何形状都复杂，经典结构力学和传统有限单元方法很难求解，因此，在膜结构设计领域，就需要不同于以往的设计思路以及工作方法。

在实践中，常用的膜材料基材主要分为两类:一类以高聚酯纤维为主，现在国内用的比较多，理论上的使用年限是15年:另一类以玻璃纤维为主，理论上使用年限在25年以上。由目前已有的资料来看，已经建成并且正常使用已经超过42年的膜结构建筑在美国，是宾夕法尼亚大学的拉维思学生活动中心。

根据基材与表面涂层的组合，常用膜材料基本分为以下三类:

1. PVC膜材[涂覆PVC (聚氯乙烯)的聚酯纤维膜]

是指在聚酯纤维编制的基布上涂上PVC (聚氯乙烯)树脂而成的复合材料，表面一般涂覆有具有自洁性能的面层(图1.2.24).应用广泛，价格适中，目前国内已有相当的产品，但是由于结构性能不及进口的产品，在选用上大多仍选用进口产品。

2. PTFE膜材[涂覆PTFE (聚四氟乙烯)的玻璃纤维膜]

即特氟隆涂层膜材，是指在极细的玻璃纤维编织的织物上涂覆聚四氟乙烯而成的复合材料。品质优秀，相对PVC膜材的价格较高，但结构性能强于PVC膜材。目前相当此材料的国内产品极少，主要依赖进口。

以上是目前张拉膜结构建筑最常用的两种膜材。涂覆PVC的聚酯纤维膜与涂覆PT-FE的玻璃纤维膜相比，在价格、使用性能、耐久性上更具有综合优势，因此应用更广泛

3. ETFE膜材

中文名字为乙烯—四氟乙烯共聚物。 其厚度通常小于0. 20mm,是一种透明的膜材;它对光线有散射能力，透光率在50%—60%之间，也可以通过调节其涂覆层和材料的厚度来调节光强和紫外线的透过率，具有相当的隔紫外线能力，多层ETFE材料叠合使用具有很好的隔热作用。平均寿命可以达到25年以上。