摘要膜结构系统是由膜、索、桅杆、梁柱、基础等组件组成的，可以创造出优美的曲面造型；可以覆盖大跨度空间，并且重量轻，具有优异的结构特性。

同时，膜结构在照明、声学、防火、保温、节能与自洁等方面也具有许多优点。

现代意义上的膜结构在国外经过30多年的发展已经趋于成熟。

自1997年上海八万人体育场建成以来，膜结构在我国内地已得到较多应用，被广泛应用于体育场、展览馆、加油站等建筑中。

膜结构的组件与传统结构中的构件截然不同，其连接方式与传统结构中构件连接方式差别也非常大。

膜结构施工与传统结构施工最大的不同在于膜结构的节点连接。

本讲义对膜结构的节点连接进行了比较系统的概括，主要体现在以下几方面：一、.综合阐述了膜结构中各类材料的性能及其特性；二、将膜结构中的各类节点进行了新的分类，使之条理更加清晰；三、分析了膜结构的节点受力特点，并提出膜结构中节点的设计原则和要求；四、对膜结构的节点按类别进行了系统的介绍；五、对典型节点进行了受力分析；本讲义的编写得到了土木工程学院领导的大力支持，在此表示感谢。

由于本人水平有限，加之时间仓促，讲义中谬误之处在所难免，望读者及时提出批评指正。

目录第一章绪论 (3)第二章膜结构体系及其组成材料 (10)2.1 膜结构体系 (10)2.2 膜结构组成材料 (17)第三章膜结构节点构造 (26)3.1膜结构节点分类、特性及其设计要求 (26)3.2 膜材连接节点 (30)3.3 索材连接节点 (53)3.4支承骨架连接节点 (59)第四章工程实例―徐州“月影风帆”膜结构改造设计 (65)第一章绪论人类的建筑活动从远古时期的帐篷到现代空间结构的膜结构，经历了漫长的发展历程。

认识膜结构的发展历程有助于我们认识建筑膜结构技术的演变规律，更好地进行建筑设计。

一、膜材的发展概况远古时期，人类最早的居所是帐篷。

它采用树皮、兽皮作帏幕，用石材、树干等作支承，以后逐渐发展为天然合成材料，如棉纱、毛纺、帆布等。

可以说这是最早的膜结构雏形。

现代膜结构则采用钢材、合金等作结构件，用精细化工织物作覆盖帷幕。

现代膜结构体系是随着膜材的发展而逐渐发展起来的。

早期的膜材，以聚氯乙烯为表面涂层、聚酯纤维为基布的膜材为主，现称C类膜（PVC/PES），建筑与结构受力性能均不理想。

二十世纪六十年代，玻璃纤维织物膜技术得到了发展，并在较大范围内得到了应用，但表面涂层材料仍然采用聚乙烯基类，现称B类膜。

膜材强度较高、模量大、徐变小，但建筑自洁性、耐久性仍不理想。

直至二十世纪七十年代NASA成功研究出具有优异建筑性能的聚四氟乙烯表面涂层材料（化学名PTFE，商品名Teflon○R）。

同时，玻璃纤维织物膜技术日趋成熟。

使得以玻璃纤维为基布、PTFE为涂层的现代织物膜材问世，现称A类膜，并开始工程应用[1]。

随着科学技术的发展，新型膜材ETFE、THV、FEP等的不断问世，膜结构获得到了迅速的发展。

但以玻璃纤维为基布、PTFE为涂层的A类膜材和以聚酯纤维为基布、聚乙烯基类为涂层的C类膜仍然被认为是标准的建筑膜材。

二、膜结构的国际应用状况膜结构是一种全新的空间结构形式，造型丰富、充满张力、空间自由灵活、重量轻、抗震性能好、建设周期短。

因此许多国家的奥运会、世博会、园艺会的场馆和其他民用建筑越来越多地采用膜结构。

现代意义上的膜结构起源于20世纪初。

1917年英国人nchester提出了用鼓风机吹胀膜布用作野战医院的设想，并申请了专利。

但当时这个发明只是一种构想。

直到1946年，该专利的第一个产品才正式问世，这就是Watler Bird为美国军方设计制作的一个直径15m的球形充气雷达罩（图1.1）。

1957年他又将自家的游泳池罩在了一个充气膜结构中，并在美国的生活杂志上作了介绍，从此这种结构形式开始被世人所认识。

图1.1美国军方球形充气雷达罩20世纪50年代，德国建筑师Otto创立了预应力膜结构，并在帐篷制造公司的支持下完成了一系列张拉膜结构。

Otto的第一个现代张拉膜结构是1955年为德国联邦园艺博览会设计的一个临时性音乐台。

1957年他又为另一届博览会设计了更复杂的场馆入口挑篷及音乐台（图1.2）。

随后，Otto将张拉索-膜结构技术又向前推进了一步，将索网引入张拉膜结构中，1967年设计完成的加拿大Montreal博览会的德国馆就是其中一例（图1.3）。

该结构平面变化极为自由，索网屋面或支或挂在11根布置灵活的桅杆上。

那高耸的桅杆、变幻的曲面以及那富有机械技术表现力的节点形式给人以强烈的艺术感染力，使其成为20世纪最具影响力的建筑之一。

德国馆的成功也使建筑师Otto 享誉世界。

1972年Otto与Behnisch合作完成的Munich奥林匹克中心（图1.4）为其又一力作。

该结构的形式与德国馆类似，不过，在该设计中他解决了柔性索网屋面与刚性玻璃幕墙的连接构造问题，使游泳池成为全封闭的室内空间。

这两个设计向人们展示了柔性张拉结构及其丰富的艺术表现力，也使得Otto成为膜技术的先驱者[2]。

图1.2 德国联邦园艺博览会音乐台图1.3加拿大Montreal博览会德国馆图1.4 Munich奥林匹克中心膜结构的第一次集中展示并引起社会广泛关注与兴趣的是在1970年日本大阪万国博览会上。

由于日本是个多地震国家，且博览会会址的地质条件较差，各国建筑师与工程师便纷纷选择了膜结构这种自重轻、抗震性能好、施工速度快且形态各异的结构形式作为临时展馆，如巨大而扁平的美国馆（图1.5）、彩虹状的富士馆（图1.6）、蘑菇形的休息大厅、云一样的节日广场等。

博览会上的美国馆是一个椭圆形充气膜结构，139mX78m无柱大厅的屋面由32根沿对角线交叉布置的钢索和膜布所覆盖。

整个工程只用不到10个月时间就完成了，该设计不仅表现了膜结构非凡的跨越能力，而且表现了其很好的经济性。

富士馆采用的是气肋式膜结构，平面为圆形，直径50m，由16根直径4m、长78m的拱形气肋围成，气肋间每隔4m用宽500mm的水平系带把它们环箍在一起。

中间气肋呈半圆拱形，端部气肋向圆形平面外突出，最高点向外突出7m。

这也是迄今为止建成的最大的气肋式充气膜结构。

这次博览会是薄膜结构系统的、商业化的向外界展示的开始，是建筑业的一次革命，极大地推动了薄膜结构的工程应用[3]。

图1.5美国馆图1.6 彩虹状的富士馆在1989年的美国San Diego会议中心首次使用了“飞柱”（图1.7），由5个91.5mX18.3m的张拉膜单元形成了宽敞无柱的大空间。

该会议中心包括展览厅、音乐厅及宴会厅等，素有美国的“悉尼歌剧院”之美称（图1.8）。

而1993年建成的Denver国际机场候机大厅（图1.9）则被看做寒冷地区大型封闭张拉膜结构的成功范例。

其平面尺寸为305mX67m，由17个连成一排的双支帐篷膜单元屋顶所覆盖。

屋顶由双层PTFE膜材构成，中间间隔600mm的空气层，保证了大厅内温暖舒适并且不受飞机起落所产生的噪音的影响。

设计中利用直径达1m的充气软管解决了膜屋顶与幕墙之间相对位移时的构造连接问题。

图1.7 San Diego会议中心飞柱图1.8 San Diego会议中心图1.9 Denver国际机场候机大厅1986年建成的韩国汉城（现称首尔）亚运会的体操馆（直径120m）及击剑馆（直径90m）首次采用了索穹顶（图1.10）[4]。

图1.10 索穹顶20世纪末，为迎接千禧年的到来，在伦敦的格林尼治半岛北端建造了千年穹顶（图1.11）。

穹顶周长1km，直径365m，覆盖面积100000m2，中心高度为50m，由12根100m高的钢桅杆将圆球形膜屋顶吊起，这座穹顶集中体现了20世纪建筑技术的精华。

图1.11 千年穹顶三、膜结构的国内应用状况自1995年以来，薄膜结构在我国的运用也日益增多。

1995年建成的北京房山游泳馆（跨度33m，面积1100m2）和鞍山农委游泳馆（跨度30m，面积1000m2）是我国第一次正式应用于工程的空气支承膜结构，标志着我国内地膜结构工程的启动。

1997年通过引进国外膜结构技术建成的上海八万人体育场，平面尺寸为288.4mX274.4m，覆盖面积为2.89万m2，由57个伞状膜结构单元覆盖在沿径向、环向布置的立体桁架上，径向桁架最大悬挑72.5m（图1.12）。

这是膜结构在大型建筑中应用的开始。

之后，相继建成了青岛市颐中体育场、义乌市体育场、威海市体育中心体育场等大型体育场看台挑篷膜结构工程。

图1.12 上海八万人体育场除应用于体育场外，在体育馆及会展中心的建设中膜结构也得到了较多的应用。

如深圳欢乐谷中心表演场（图1.13），其结构平面形状呈圆形，膜水平投影面积为5800m2。

它由15个锥形膜单元组成，每个锥形膜单元的顶点由一根钢管支撑，从而形成脊谷式膜单元布置[5]。

图1.13 深圳欢乐谷中心表演场膜结构的诸多优势已为国内外的大量工程实践所证实。

根据建筑师的创意，膜结构可以塑造出传统建筑难以实现的许多优美的曲面造型，可以经济合理地覆盖大跨度空间，同时在照明、声学、防火、保温、节能与自洁等方面也具有许多优点。

特别是2008 年北京奥运会，2010 年上海世博会和各地举办的大型体育活动、商展活动以及群众性体育活动的普及等都将为膜结构的腾飞创造机遇。

近年来膜结构在我国内地已得到较多应用，但仍属起步阶段，与国外先进水平相比还存在着明显差距，因此必须充分重视新型膜材的研制、先进设计软件的开发、结构体系的创新，同时应重视设备更新与工艺改革、健全膜结构行业组织,以适应膜结构进一步发展的需要。

参考文献：（1）T esioned Fabric Structure-A Practical Introduction (ASCE-1852) （2）F rei Otto. Tensile Structures, Volume 1~2. The M.I.T Press, 1967 （3）陈志华，多姿多彩的充气膜结构[J]，建筑知识，2000，第四期，12~14 （4）陈志华，张拉膜结构[J]，建筑知识，2000，第六期18~20（5）杨庆山姜亿南张拉索-膜结构分析与设计[M] 北京：科学出版社，2004，6-12第二章膜结构体系及其组成材料2.1 膜结构体系按照膜在结构中所起的作用和膜的结构形式，膜结构体系一般可分为张拉膜、骨架式膜、充气膜、索桁架膜结构、张拉整体与索穹顶膜结构，它们具有不同的结构特点、建筑表现形式，适应不同的应用场所。

一、张拉膜结构（Tensioned Membrane）张拉膜结构是由稳定的呈负高斯曲率的膜面、支承桅杆体系、支承索与边缘索等构成的结构体系。

张拉膜曲面是维持张拉膜结构体系的重要的结构单元，一旦膜面破裂、离开膜面，整个结构支承体系将失去平衡处于不稳定状态甚至倒塌。