膜結(jié)構(gòu)(Membrane)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，是由多種高強(qiáng)薄膜材料(PVC或Teflon)及加強(qiáng)構(gòu)件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)可分為充氣膜結(jié)構(gòu)和張拉膜結(jié)構(gòu)兩大類。充氣膜結(jié)構(gòu)是靠室內(nèi)不斷充氣，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱之間）,室內(nèi)外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實(shí)現(xiàn)較大的跨度。張拉摸結(jié)構(gòu)則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美靈活。

　　膜結(jié)構(gòu)所用膜材料由基布和涂層兩部分組成.基布主要采用聚酯纖維和玻璃纖維材料；涂層材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材為聚酯纖維覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纖維覆聚聚四氟乙烯（Teflon）。PVC材料的主要特點(diǎn)是強(qiáng)度低、彈性大、易老化、徐變大、自潔性差，但價(jià)格便宜，容易加工制作，色彩豐富，抗折疊性能好。為改善其性能，可在其表面涂一層聚四氟乙烯涂層，提高其抗老化和自潔能力，其壽命可達(dá)到15年左右。Teflon材料強(qiáng)度高、彈性模量大、自潔、耐久耐火等性能好，但它價(jià)格較貴，不易折疊，對裁剪制作精度要求較高，壽命一般在30年以上，適用于永久建筑。

　　世界上第一座充氣膜結(jié)構(gòu)建成于1946年，設(shè)計(jì)者為美國的沃爾特·勃德（W.Bird），這是一座直徑為15的充氣穹頂。1967年在德國斯圖加特召開的第一屆國際充氣結(jié)構(gòu)會議，無疑給充氣膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)在1970年大阪世界博覽會上。其中具有代表性的有蓋格爾設(shè)計(jì)的美國館（137m×7m8卵形），以及川口衛(wèi)設(shè)計(jì)的香腸形充氣構(gòu)件膜結(jié)構(gòu)。后來人們認(rèn)為70年大阪博覽會是把膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地、商業(yè)性地向外界介紹的開始。大阪博覽會展示了人們可以用膜結(jié)構(gòu)建造永久性建筑。而70年代初美國蓋格爾-勃格公司（Geiger-Berger Associates）開發(fā)出的符合美國永久建筑規(guī)范的特氟�。═eflon）膜材料為膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于永久、半永久性建筑奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。之后，用特氟隆材料做成的室內(nèi)充氣式膜結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)在大中型體育館中，如1975年建成的密歇根州龐蒂亞克“銀色穹頂”（橢圓形220×159m），1988年建成的日本東京體育館（室內(nèi)凈面積4，6767㎡）。

　　張拉形式膜結(jié)構(gòu)的先行者是德國的奧托（F.Otto），他在1955年設(shè)計(jì)的張拉膜結(jié)構(gòu)跨度在25m左右，用于聯(lián)合公園多功能展廳。由于張拉膜結(jié)構(gòu)是通過邊界條件給膜材施加一定的預(yù)張應(yīng)力，以抵抗外部荷載的作用，因此在一定初始條件（邊界條件和應(yīng)力條件）下，其初始形狀的確定、在外荷載作用下膜中應(yīng)力分布與變形以及怎樣用二維的摸材料來模擬三維的空間曲面等一系列復(fù)雜的問題，都需要有計(jì)算來確定，所以張拉膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和新算法的提出。目前國外一些先進(jìn)的摸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作軟件已非常完善，人們可以通過圖形顯示看到各種初始條件和外荷載作用下的形狀與變形，并能計(jì)算任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，使找形（初始形狀分析）、裁剪和受力分析集成一體化，使得膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)大為簡便，它不但能分析整個(gè)施工過程中各個(gè)不同結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和膜中應(yīng)力，而且能精確計(jì)算由于調(diào)節(jié)索或柱而產(chǎn)生的次生應(yīng)力，完全可以避免各種不利荷載式?jīng)r產(chǎn)生的不測后果。因此計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為張拉膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。而特氟隆摸材料的研制成功也極大地推動了張拉膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。比較著名的有沙特阿拉伯吉達(dá)國際航空港、沙特阿拉伯利雅得體育館、加拿大林德塞公園水族館、英國溫布爾登室內(nèi)網(wǎng)球館、美國新丹佛國際機(jī)場等.

　　用于膜結(jié)構(gòu)中的高強(qiáng)度柔韌薄膜稱膜材，它是一種耐久用、高強(qiáng)度的涂層織物，由織物和涂層復(fù)合而成，具有質(zhì)地柔韌、厚度小、重量輕、透光性好的特點(diǎn)。對自然光吸收和透射能力、阻燃，具有良好的耐久、防火、氣密等特性；表面經(jīng)過氟素處理或二氧化鈦處理的膜材料抗老化性能好，具有較高的自清潔性能。

建筑造型優(yōu)美

　　膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀(jì)最具代表性與充滿前途的建筑形式。它打破了純直線建筑風(fēng)格的模式，以其獨(dú)有的優(yōu)美曲面造型，簡潔、明快、剛與柔、力與美的完美組合，呈現(xiàn)給人以耳目一新的感覺，同時(shí)給建筑設(shè)計(jì)師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。

　　具有良好的環(huán)保性、透光性、自清潔性，膜材表面采用PVDF（聚偏二氟乙烯）涂層、或二氧化鈦涂層，具有較好的隔熱效果，對太陽熱能可反射掉70%，膜材本身吸收了17%，傳熱13%，而透光率卻在20%以上，經(jīng)過10年的太陽光直接照射，其輝度仍能保留70%。

適合覆蓋大跨度空間

　　膜結(jié)構(gòu)中所使用的膜材料每平方壹公斤左右，由于自重輕，加上鋼索、鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度材料的采用，與受力體系簡潔合理——力大部分以軸力傳遞，故使膜結(jié)構(gòu)適合跨越大空間而形成開闊的無柱大跨度結(jié)構(gòu)體系。

防火性與抗震性

　　膜結(jié)構(gòu)建筑所采用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高溫性，故能很好的滿足防火要求。由于結(jié)構(gòu)自重輕，又為柔性結(jié)構(gòu)且有較大變形能力，故抗震性能好。

　　工期短：膜材裁剪。拼合成型及骨架的鋼結(jié)構(gòu)、鋼索均在工廠加工制作，現(xiàn)場只需組裝，施工簡便，故施工周期比傳統(tǒng)建筑短。

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括體形設(shè)計(jì)、初始平衡形狀分析、荷載分析、裁剪分析等四大問題。通過體形設(shè)計(jì)確定建筑平面形狀尺寸、三維造型、凈空體量，確定各控制點(diǎn)的坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)形式，選用膜材和施工方案。初始平衡形狀分析就是所謂的找形分析。由于膜材料本身沒有抗壓和抗彎剛度，抗剪強(qiáng)主芤很差，因此其剛度和穩(wěn)定性需要靠膜曲面的曲率變化和其中預(yù)應(yīng)力來提高，對膜結(jié)構(gòu)而言，任何時(shí)候不存在無應(yīng)力狀態(tài)，因此膜曲面形狀最終必須滿足在一定邊界條件、一定預(yù)應(yīng)力條件下的力學(xué)平衡，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行荷載分析和裁剪分析。目前膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法主要有動力松弛法、力密度法以及有限單元法等。膜結(jié)構(gòu)考慮的荷載一般是風(fēng)載和雪載。在荷載作用下膜材料的變形較大，且隨著形狀的改變，荷載分布也在改變，因此要精確計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力要用幾何非線性的方法進(jìn)行。荷載分析的另一個(gè)目的是一確定索、膜中初始預(yù)張力。在外荷載作用下膜中一個(gè)方向應(yīng)力增加而另一個(gè)方向應(yīng)力減少，這就要求施加初始張應(yīng)力的程度要滿足在最不利荷載作用下應(yīng)力不致減少到零，即不出現(xiàn)皺褶。因?yàn)槟げ牧媳容^輕柔，自振頻率很低，在風(fēng)荷載作用下極易產(chǎn)生風(fēng)振，導(dǎo)致膜材料破壞，如果初始預(yù)應(yīng)力施加過高，膜材涂變加大，易老化且強(qiáng)度儲備少，對受力構(gòu)件強(qiáng)度要求也高，增加施工安裝難度。因此初始預(yù)應(yīng)力的確定要通過荷載計(jì)算來確定。經(jīng)過找形分析而形成的摸結(jié)構(gòu)通常為三維不可展空間曲面，如何通過二維材料的裁剪，張拉形成所需要的三維空間曲面，是整個(gè)膜結(jié)構(gòu)工程中最關(guān)鍵的一個(gè)問題，這正是裁剪分析的主要內(nèi)容。