摘要：近年来，随着科技的日新月异，我国建筑事业也有了长足的进展，以大空间、大跨度、大开间为主的建筑结构在社会发展的今天不断增多，有关施工工艺和施工技术日趋成熟。膜结构作为工程项目中普遍存在的现代化工程结构，如何在工程施工中做好其受力特征和构造分析至关重要。本文从张拉膜结构的组成进行分析，着重探讨了其受力特征和构造，以供同行参考。
关键词：大空间；建筑结构；张拉膜结构；受力特征；构造体系
张拉膜结构是当前建筑工程项目中一个全新的空间结构体系，其伴随科技的进步施工日益成熟。这一结构无论是从工程的施工工艺、材料特性、结构受力特征哪一方面分析，与传统的大空间覆盖结构体系逐渐都存在着明显的区别。为此，在这里我们有必要对工程结构的受力体系，受力特点和构造情况进行研究和分析。
一、张拉膜结构概述
张拉膜结构是目前建筑工程项目中较为常见的工程结构之一，其在施工中是由稳定性好、支撑桅杆体系可靠的施工优势。在目前的工程项目中，它主要是由抹面、支撑桅杆体系以及索结构等多个环节组成的。
1.张拉膜结构组成
张拉膜结构是由表面膜布、基层共同组成的，其中膜布主要是化学纤维织物薄膜生产的，其又分为了基层化学纤维织物和外层化学纤维织物两种。基层化学纤维织物主要是以玻璃纤维为主构成的，它最大的作用在于决定着整个膜结构的力学特性、材料的抗拉强度等；其中外层膜层主要是由有机硅树脂组成的，它主要是用来解决材料半身存在的物理性质，提高材料的耐火、防水以及耐久性的作用。一般来说，张拉膜结构的整体性都是有膜布特性决定的，它既是结构的主要原材料，也是工程结构的主要维护材料，是一个将自由曲线的造型、透明质感有机统一起来，然后进行工作的结构维护材料。
2、张拉膜结构的作用
张拉膜结构是依靠膜材自身的张拉应力与支撑杆、拉索共同组成的一个结构体系，在阳光的照射下它可以反射出建筑结构的阳光要求，是一个充满着自然光，不存在任何强反差的着光面。同时，这一结构的应用使得室内空间视觉效果极为良好，有着开阔视野和和谐结构的优势。在夜间，建筑物内的灯光通过膜材结果投射到夜空中，从而使得建筑物体型美观变的更加突出和明显。在现代化建筑工程项目中，张拉膜结构的应用极为广泛，特别是城市标志性建筑结构屋顶施工中，更为常见。
二、张拉膜结构受力特征分析
膜结构是现代化建筑工程施工技术应用基础上形成的一种结构形式，它以性能优良为代表，以组织结构科学为前提构成的，是利用空气压力支撑膜面为基础，或者是利用柔性钢索、刚性支撑结构将面层绷劲而形成的一种具备着一定刚度、能够覆盖大空间、大跨度、大开间结构面的一种结构体系。张拉膜结构在现代化建筑工程项目中应用极为广泛，已成为结构设计和选型工作中的主要方案。
1、张拉膜结构强度、刚度与稳定性分析
膜布是一个由横向、竖向相互交错的纤维织物组成的，由于纤维织物本身是一个柔性材料，是一个自身强度好且依靠着张拉力产生的刚度、稳定性好的预应力静态结构。为此其在应用中存在着良好的刚度、强度和稳定性。同时膜布结构在平衡状态下存在着两个突出的作用，一个是凸出，另外一个是凹下，而纤维股则刚好是一个方向上与这两边平行的模式，应对这些问题在工作中必须要考虑其平衡状态稳定性要求。
2、张拉膜基本形态分析
张拉膜结构由于膜受到张拉是一个空间受力状态，其形态是空间上的自由曲面形态。这种形态在数学上定义是一个双曲抛物面，从根本上改变了传统建筑物基于压力学原理上的空间、形态特征分布，是张拉作用下的一个直线型工作形态模式。自从1970年代以来， 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。 膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。成为化纤纺织品应用的一个重要领域。近年来在中国建筑 结构中也有长足的进展。
三、张拉膜结构体系构造分析
张拉膜结构体系的空间曲面的建筑屋面本身需要具备着良好的稳定性基础，同时要求能够在外荷载的作用下具备优异的结构抵抗能力。张拉膜结构体系是利用钢索或骨架结构悬挂或支撑膜布形成的空间结构体系。其形式在不断发展，根据膜布张拉方式不同，一般分为三类：（1）悬挂式膜结构；（2）支撑式膜结构；（3）悬索穹顶膜结构。其强度、刚度及稳定性的特点，决定界面的围合方式。
1、悬挂式膜结构构造体系
悬挂式膜结构是人们从帐篷结构得到启示发展而来的，利用索网将膜布绷紧作为承重结构，或是利用桅杆（支柱或压杆）将钢索和膜布张挂起来的构造体系。悬挂式膜结构的空间结构特征为在脊索、谷索处和拉索之间均可以形成曲率相反的双曲抛物面形态，形成完整而连续的空间结构。在结构力学中，受拉优于受压，受压优于受弯。拉索充分张拉，支柱充分受压，使材料的力学特性得以充分发挥，最大限度地利用了材料。
2、支撑式膜结构构造体系
支撑式膜结构以刚性支撑（拱、桁架、梁）为骨架，面材采用膜布，充分发挥了不同材料特性而形成的构造体系。支撑膜结构不仅应用了已经成熟的大空间结构技术，而且构造简单，施工方便，是一种膜材与传统大空间结构相结合的结构体系。其具体的空间结构特点为在刚性张拉构件之间膜布形成曲率相反的双曲抛物面，形成相间的空间结构单元。随着技术、材料的发展，拱、桁架、梁的构造方式也在发生变化，其中受拉的构件，正渐渐被拉索取代。更充分地利用了材料，形成了更为轻盈的形体和空间。
3、悬索穹顶膜结构构造体系
悬索穹顶膜结构是近十年发展起来的适用于巨型体育场馆的新型构造体系。由连续的张拉钢索和不连续的压杆构成，荷载从中心环通过放射状的径向脊索，环向拉箍、中间的对角线钢索传向周圈的受压环梁，是一种结构效率极高的全张拉体系，整体索穹顶除少数几根压杆外都处于受拉状态。悬索穹顶膜结构对膜布进行张拉的力学原理是张力结构。张力结构是由拉索和压杆组合成各种形态，索的拉力经过一系列中介压杆而转变方向，使拉索与压杆交织产生空间刚度。
四、结束语
大空间张拉膜结构建筑是膜布、拉索和支撑体所形成的综合体，整体结构遵循膜结构的受力特征，形成合理的构造体系。作为一种大空间覆盖体系，大空间张拉膜结构具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] 朱艳，刘方，蒲清平. 大空间建筑消防安全评估[J]. 重庆建筑大学学报. 2005（02）
[2] 姜海玉. 皮膜在大空间建筑中的应用[J]. 工程建设与设计. 2006（S1）
[3] 李晋，刘德明. 地域气候与大空间张拉膜结构建筑的形式创作[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）. 2001（05）
[4] 叶剑军，李美玲，黄晨，杨沫. 大空间建筑夏季屋顶复合换热和交叉效应的研究[J]. 制冷空调与电力机械. 2001（03）
