摘要：大跨度空间结构是我国目前发展最快和工业领域应用最广泛的结构类型。

随着社会经济的发展，大跨度膜结构的作用会更加广泛，但膜结构在施工过程中以及建成后的使用和维护，任何的错误或者不严谨都可能会影响到膜结构的正常运行。

因此，我们还需进一步加强对其的研究和施工技术的不足，从而推动大跨度膜结构在我国的健康发展。

关键词:大跨度；膜结构；应用；技术
一、充气膜结构的定义与发展
充气膜结构是一种新型建筑结构，是轻型空间结构的一个重要分支，有单层、双层、气肋式三种，具有丰富多彩的造型，建筑特性、结构特性和适宜的经济性。

因此，充气膜结构的诞生，就迅速在世界各地发展起来。

充气膜结构是一个相对密闭的空间结构，与传统空间结构不一样的是，它是通过风机向结构整体内部送风，使膜内外形成一定的压力差，以保证膜结构整体的刚度，达到所设计的形状。

之后，由压力控制系统使结构维持一定的内外压差，保证结构的稳定性。

充气膜结构建筑主要应用于体育场馆、大型娱乐休闲设施、展览会馆、物流仓储及环保工业等大跨度建筑结构，其技术广泛应用在比较发达的国家，主要集中在美国、加拿大、日本及欧洲的部分国家。

我国对气膜结构的研究始于上世纪90年代初，当时与世界水平相比，无论是设计理念还是施工技术都存在一定的差距。

充气膜结构不同于其他膜结构，其形状虽然没有张拉膜丰富多样，但要求空间密闭，通过室内外压差保持结构的稳定性和安全性，并符合国内外规范要求和承受风雪荷载。

它是集结构力学、机电系统、计算机控制系统于一体的较高技术水平的系统化结构形式。

充气膜结构突出的优势是智能化管理系统，管理人员可以通过手机APP来实时检测气膜的状况，同时系统也会实时对气膜的状况发送至手机，这样的管理系统让气膜更智能化。

有效的提升建筑的安全稳定性以及使用寿命。

充气膜结构作为一种新型的空间建筑，具有传统建筑无法比拟的优势。

特别对于需要大面积大空间的作业厂区，它比任何建筑更具有优势，因此它可广泛应用在需要大跨度作业空间。

二、大跨度膜结构施工技术的研究
（一）、土建基础
气膜基础通常采用悬臂式挡墙基础。

气膜膜脚直接固定在挡墙顶部，挡墙高度可根据实际需要确定，基础埋深一般在2米左右，混凝土采用商品砼。

罩式气膜作用在当墙上的支座反力主要是上拔力和水平推力，对基础压力几乎为零，在最不利荷载条件下，水平推力和上拔力数据根据地勘报告资料结合期末受力计算后提供。

土建基础挡墙
基础设计时，根据用途以及使用要求，会设计汽车通道、人员疏散通道、应急门、送风口、和排风口，气膜与混凝土基础连接一般采用角钢和预埋螺栓压膜连接，且跨度超过100m时，膜外钢网索系统也需要预埋U型拉环。

所以，基础施工时应保证预埋螺栓位置准确和墙顶面的平整度，一般预埋螺栓中轴线位置控制在3mm以内，墙顶面平整度控制在10mm以内。

汽车通道
（二）、膜材的生产加工和安装
膜结构设计师根据用户提供的需求及实际情况进行方案设计，将充气膜建造想法变成设计图纸，根据3D设计图纸，计算出膜材的展开面积。

通常加工厂的膜材为幅宽3m的单元膜，按照设计图设计的施工膜片大小，再将膜材进行裁剪、热合，形成充气膜的平面结构。

膜材在加工厂加工完成，需按照预先设计的展开方式进行打包，一般一包成品膜体有3-5吨不等，打包时人工配合机械一起操作，将打包好的膜材放上托盘包装好，在运输至现场。

打包好的膜材
膜布运到现场后，放到施工图所指定的位置，准备开始将膜布展开。

在展开膜布之前，需要将场地进行平整，再铺上彩条布，避免弄脏膜布，并且要将场地内建筑物和其他尖锐的地方进行软处理，这个过程是防止刮破或者刮伤膜布。

准备好以上工序之后，把膜布按打包顺序由人工配合机械展开，
膜材展开过程
再将每片膜布连接缝处用铝压板和螺栓进行连接，最后完成整体连接。

之后再进行膜材与挡墙压边处理，压边时，应在当墙上垫一层5mm的橡胶垫，一是为了保证气密性；二是为了膜布不与混凝土挡墙直接连接，保证膜布的使用寿命。

角钢压膜
膜材拼接
（三）、气膜钢网索系统
气膜外部布设的拉索，与气膜共同承受外力，其作用是增大膜结构的刚度，限制膜结构的变形，使气膜能够抵御强风、雪荷载，还可以实现充气膜的大跨度。

因此，膜结构外部需要布设拉索，通常钢网索都设有外包PE，以防止钢丝锈蚀。

由于膜体表面积大，设计时，钢网索需要进行分区布设，区域之间在进行单根交叉布设，交叉网格一般3m*3m左右，交叉处采用十字卡间隔卡死，且每根钢网索两端都设计有U型卡头，用与整体连接，分区之间连接方式采用法兰连接，钢网索与挡墙连接采用卸扣与预埋件连接。

膜外钢网索
钢网索也是在加工厂按照设计长短加工，且每根钢网索都有编号，待加工好之后，将按照编号和分区打包运送至现场。

现场安装时，会根据设计图纸将每根带有编号的钢网索布设到相应位置，最后布设完整个钢网索系统。

（四）、气膜控制系统
智能控制系统是气膜的核心，控制着气膜所以设备的运行，实时收集室内外各种传感器的数据（例如：粉尘浓度，瓦斯和空气质量感应器，室内气压感应器、温度感应器、室外的风速感应器、雪荷载感应器等），实时将数据传回智能化机电控制系统，保证室内气压稳定，自动调节通风换气量。

智能控制各个设备系统协调运行,实现人性化操作管理，从而达到气膜设施的安全、空气清新、环境舒适、节能环保的目的。

采用自动和手动两种运行方式，在控制系统故障情况下，可以人工转换成手动运行模式运行，小故障能实现网上远程排除功能，可实现24小时无人监控，全自动运转，亦可远程操作监控，保证安全生产。

气膜控制系统
风机是整个气膜结构的主要设备，其数量主要是根据整个封闭大空间的体积和单台风机的送风量决定的，所有风机皆采用变频电机，控制系统通过控制电机频率决定送风量。

送风量又主要是控制中心通过接收各个传感器传回的数据进行控制，以监控整个气膜结构的正常运行。

气膜送风系统
三、大跨度充气膜结构的应用技术
近几年，很多企业选择全封闭式气膜煤棚方案，主要是因为气膜煤棚跨度大、高度高、长度没有限制，同时建筑无梁柱支撑，大的空间利用率便于大型设备作业。

气膜煤棚采用的建筑膜材具有极好的密闭性能，室内煤尘不易扩散到室外，避免对周围环境造成二次污染，并且煤棚室内为正压环境，室外的烟尘、灰尘也不会进入室内。

气膜煤棚可以绝雨、雪堆煤炭资源的影响，不仅延长了煤炭的储藏周期，还减少了煤炭的流失，防止粉尘飞扬。

气膜煤棚采用新型环保膜材做建筑材料，可以避免建筑垃圾输出，做到零污染、零噪音。

利用气承式膜结构类型对仓储装运系统技术改造进行“再升级”，采用耐用、高强度织物和涂层复合膜材作为建筑的“外壳”，配置斜向网状钢缆结构，使建筑不依赖于膜材本身受力，斜向网状钢缆结构可以完全包围外膜结构，减少膜的荷载，保证这个“柔性”建筑并不“柔性”，为建筑提供最佳的稳定性，延长结构与寿命。

四、大跨度膜结构的发展方向
充气式膜结构具有十大优势：安全、抗震、大跨度、节能、环保、建造快速、可搬迁、造价低、形状自由、高度安装化。

其运用于工业项目的建筑在上世纪60年代的北美就已经开展得十分成熟，结合我国的实际情况，以“21世纪更绿色智能的现在化煤仓”的理念作为辅导，超大跨度、经济节能、环保智能的气膜式煤仓也会创造我国新一代现代化智能煤炭储存方法。

作为新式的轻量级绿色环保建筑技术，气膜技能可以供给大跨度独立密闭空间结构，能处理传统煤仓的环保、仓内通风差、夏日温度高、粉尘浓度高、等一系列问题，气膜建筑具有以上优势，相信未来在工业领域将会是主流。

异型结构
抗雪荷载
超大跨度
总之，目前充气式膜结构因为其自身的特点和优势，虽然得到了广泛的应用，但其施工技术和设计理念还需要我们进一步对其研究，更进完善，让充气膜结构更上一个新台阶。

参考文献
［1］陈务军.《膜结构工程设计》中国建筑工业出版社.2005
［2］李强. <膜结构建筑及其应用设计研究>硕士学位论文.同济大学.2003 ［3］《膜结构技术规程》CECS158:2015
［4］。