膜结构就能如同传统建筑一样持久、安全。膜结构又具有透光性、轻质、适于各种框架以跨越大空间的特点。一片简单的膜材就能覆盖一个原来用传统结构方法或材料才能实现的空间,膜结构有诸如隔音、隔热和撕裂强度等问题
使膜结构成为永久性建筑的同时,膜结构的临时性也是重要的主题。还有施工方法的改进,使膜材能定期地更换也是一个重要的任务。人们对膜材和施工方法以及高强度、抗撕裂性能、耐久性、隔热、隔音和弹性特性有不同的需求。
膜结构建筑的特点之一就是拥有一个明亮的内部空间。膜材能通过光线就是其透光性。玻璃能通过光线,能传热,膜材的透光性也如此。
膜结构以不同的方式在世界各地得到应用,人们已认识到它们的优点。由于膜材的轻质与耐久性,很多时候它们用来覆盖大空间。与其它类型结构的组合如果利用了各自的优点就能创造出更大的空间,也为发展新的膜结构建筑提供了可能。与不同的索结构组合也是可能的,因为膜材有很好的变形特性。膜材表面用索加强是膜结构发展的一个方向,这种情况下膜材不仅仅是覆盖屋面的材料,与索结构的组合也利用了膜材的强度。
利用膜结构来建造普通建筑物,也具有其他类型结构无法表现的、独特的性能。
膜材的主要特征如下:
(1)拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸强度(Tensionn Strength)、拉伸模量(Modulus of Elasticity)和泊松比(Poisson’s Ratio)三个力学指标。膜材本身不能受压也不能抗弯,但具有很高的拉伸强度,所以要使膜结构正常工作就必须引入预拉力、并形成互反曲面。通常膜材料的拉伸强度都可达100MPa以上。
模材应力-应变关系是非线性的,一般采用切线模量作为弹性模量,膜材的弹性膜量约为钢的1/3左右。膜材的泊松比,即横向变形特征,约为0.2左右。由于膜是双向受力结构,设计时必须以膜材的双轴拉伸实验确定膜的弹性膜量及泊松比。
(2)撕裂强度
膜材是张拉结构材料,其撕裂破坏比受拉破坏要严重很多,所以撕裂强度和抗撕裂性能非常重要。PVC涂覆聚酯长丝织物具有中等的撕裂强度,PTFE涂覆玻璃纤维的材料具有较高的撕裂强度。
(3)正交异向性
张拉膜结构曲面需要经向和纬向两个主轴方向反向曲率来保证,一个方向的曲率向下凹,另一个方向必须向上凸。传统膜材基材是由经﹑纬向纱线编织而成,因而呈现很强的正交异性性能,经纬向变形能力相差达3-5倍之多。
(4)蠕变和松弛
蠕变和松弛是膜材的另一个重要特性,也是膜起皱和失效的重要原因,在裁剪分析和加工时需要考虑这个因素。聚酯长丝织物在使用的头十年里就会因为蠕变丧失50%的预张拉力,相反,玻璃纤维织物要稳定很多。
(5)非力学性质:安全方面的性质,如耐久性、防火性能、防雷性能等;非安全方面性质,如隔音或音响性能、自洁性能等等。
索膜建筑适用范围很广,现已大量用于体育建筑、展览建筑、娱乐建筑及设施、演出建筑、机场建筑及各类海滨娱乐休闲建筑及设施。