栏目介绍
2019年5月10-12日，中国钢结构协会空间结构分会第七次会员代表大会暨第十六次技术交流会在北京成功召开。结合北京新机场航站楼及机库工程建设，本次会议就空间结构领域的科研、设计、生产、安装和管理的发展及最新成果进行了广泛、深入的交流。空间结构丛书《充气膜结构设计与施工技术导则》《建筑索结构节点设计技术导则》《大跨度预应力钢结构干煤棚设计与施工》正式出版本次会议发布()。本专栏拟回顾分会会长、北京工业大学薛苏多教授、原分会会长、北京工业大学张一刚教授、哈尔滨工业大学博士生导师曹正刚教授的意见、充气膜结构、索结构、大跨度预应力钢结构。解读大棚设计与施工中的相关技术。
薛苏铎，教授、博士、博士生导师，《钢结构》杂志编委。北京工业大学空间结构研究中心主任、享受国务院政府特殊津贴专家、北京高校拔尖创新人才、北京市教学名师、北京市高层次创新创业人才支持计划领军人才、国家级精品课程和国家级精品资源共享课程托管。兼任国际壳与空间结构学会（IASS）常务会员、高等学校土木工程专业指导委员会委员、中国钢结构协会常务理事、中国钢结构协会空间结构分会、膜结构专业委员会主任委员、中国土木工程学会空间结构委员会副主任委员、中国钢结构协会专家委员会专家等。多年从事大跨度空间结构、结构抗震与减振控制研究，主持完成国家、省部级科研项目30余项，多项研究成果达到国际先进水平。出版著作和教材7部，获得国家专利20余项，发表学术论文150余篇。获国家科技进步三等奖1项、北京市科技进步二等奖2项、北京市科学技术奖二等奖2项、国家教学成果奖二等奖2项、北京市教育教学成果奖。获一等奖4项，主编教材《建筑抗震设计》获“十二五”国家规划教材。已培养博士、硕士研究生60余名。
第一章简介
0.概述
本章总体介绍我国充气膜结构的分类、发展、应用与发展、应用领域及特点。
1、充气膜结构的分类
2、充气膜结构的发展
◆ 1917年，英国威廉·兰彻斯特提出了野战医院用充气结构的概念，并申请了专利。
◆ 1946年，英国沃尔特·伯德建造了第一个直径15米的充气穹顶——多普勒雷达穹顶。
◆ 1967年，第一届国际充气结构会议在德国斯图加特召开。随后，美国、德国等地建造了大量充气膜穹顶，最大跨度达到60m。
◆ 1970年日本大阪世博会为充气膜结构的发展提供了重要机遇。
• 开始应用于商业建筑
膜结构乃至建筑行业的转折点
• 美国馆（139米x78米）由David Geiger设计
材质：玻璃纤维基布，PVC涂层
• Fujikan 由 Mamoru Kawaguchi 设计，空气肋骨风格。
• 16根空气肋，直径4m，长78m
◆20世纪70年代，美国多家公司合作开发了聚四氟乙烯膜材料，为膜结构在永久性和半永久性建筑中的广泛应用奠定了基础。
◆随后，采用聚四氟乙烯膜材料制成的充气膜结构建筑陆续出现在大中型体育建筑中。
北美、日本等地已建成十几座大中型平板充气建筑。
•1975年美国“银穹”220米x159米椭圆形
•1983年加拿大BC馆232米x190米椭圆形
1985年，美国METRO圆顶因大雪倒塌。
为了解决平面气膜屋顶使用过程中出现的问题，20世纪80年代末，对气撑膜结构进行了技术改进。主要的解决方案是增加下垂高度。
• 1988 PVF，绿谷体育中心，内华达州，美国
• 2007年美国阿拉斯加某体育俱乐部PVF（400米标准田径）
气枕膜结构是随着ETFE膜材料的出现而诞生的。
英国“伊甸园”温室2001
德国慕尼黑安联球场 2005
近年来，随着建筑技术的日益进步，气囊膜结构开始受到建筑师和工程师的重视和应用。
苏黎世艺术海滩 2002
敏捷自行车竞技场2002
三、充气膜结构在我国的应用与发展
中国第一座充气膜建筑
北京顺义某基地宾馆游泳池，1995年，30mx36m长方形，建筑面积10750m2 PVC
此后十年，充气膜结构并没有真正发展起来。直到2006年左右，充气膜结构才获得了新的活力。
北京朝阳公园网球馆
我国目前建成的空气支撑膜结构数量已超过500座。
申请数量
发展阶段
2008年北京奥运会和2010年上海世博会为我国膜结构的发展提供了重要的发展机遇。
国内首创大型ETFE气枕膜结构
2008年北京奥运会“水立方”
2010年上海世博会日本馆
随后，一些标志性的ETFE气枕膜结构项目相继建成。迄今为止，我国已建成大型ETFE气枕膜结构80余座。
大连体育中心2013
上海迪士尼乐园 2016
气肋和气囊膜结构的应用数量相对较少。
国内某航天试验基地
滨海污水处理厂污水池加盖工程-气囊式
4、充气膜结构的应用领域
由于充气膜结构具有其他传统建筑无法比拟的优点，如丰富多彩的造型、优良的建筑性能、结构性能以及适宜的经济性等，因此非常受欢迎，被应用于工业、民用、军事等多个领域。广阔的应用前景。
充气膜结构应用领域分类统计
近年来钢结构设计手册 模量，随着国家环保要求的提高，空气支撑膜结构开始应用于环保领域。
环保领域-储煤棚
环保领域-污染土壤覆盖
中煤集团电力公司球形煤仓
气膜钢筋混凝土扁壳
冰塔结构
冰旅馆
ETFE气枕膜结构应用领域分类统计
移动机库-气肋膜结构
飞艇-气囊膜结构
五、充气膜结构的特点
① 充气膜结构的特点
经济良好；满足大跨度、大空间的需要；施工周期短，可整体拆卸、移动；节能环保，防止雾霾；安全性高；适用性强。
②气枕膜结构的特点
建筑外观优美，建筑物理功能优越；结构体系轻便，施工安装方便；节能环保、维护方便；具有优良的防火性能，使用寿命长。
第二章 材料
0.概述
充气膜结构所用材料包括膜材料、电缆、绝缘材料及其他连接附件。本书章节介绍了这些材料的类型、特点、设计参数和选用方法。
1、膜材料
膜材料是充气膜结构的主要材料。它起着密封和承重的作用，决定了充气膜结构的使用和安全性能。膜材料有多种类型。随着材料工业的发展，强度高、耐久性好的新型膜材料得到了开发和应用。
1.1 膜材料的种类
① 织物膜材料
② 热塑性高分子膜材料
③其他膜材料
例如，柔性太阳能电池与膜材料结合形成可发电的膜材料、超柔软可反复折叠的膨体聚四氟乙烯纤维膜材料、各种具有透光、透气性能的网状膜材料等。
1.2 膜材料的力学性能
本节介绍膜材料的极限拉伸强度、屈服强度、撕裂强度和弹性模量等主要力学性能。本书附录给出了国内外膜材料生产厂家提供的膜材料性能参数表。
1.3 膜材料的其他物理性能
本节介绍膜材料的透光性能、隔热性能、声学性能、燃烧性能等。
2.拉索
2.1 电缆的种类及组成
索体由索体和锚固件组成。在气承膜结构中，索体常采用钢丝绳、钢绞线和非金属索体。本节介绍索体和锚的类型。
2.2 电缆机械性能
本节介绍影响钢丝绳和钢绞线力学性能的因素以及弹性模量、极限抗拉强度和线膨胀系数的确定方法。
2.3 绝缘材料
本节介绍气撑膜结构常用的保温材料及相关性能，如：玻纤棉双面铝箔玻纤布、XPE（化学交联聚乙烯泡沫）双面复合铝箔、橡胶-塑料保温棉双面复合铝箔、玻纤气凝胶毡、无纺气凝胶毡。
4、连接配件材料
本节介绍气承膜结构中连接配件的材料：非金属材料和金属材料。金属材料主要有铝合金、不锈钢、钢材等。非金属材料主要有PVC胶垫、边绳、系绳等。
第三章 架构与设备设计
0.概述
本章介绍了充气膜结构建筑及设备设计的主要流程，包括建筑设计、建筑物理环境设计、建筑消防与疏散设计、门窗设计、设备设计。
1.建筑设计
建筑师在设计建筑时，应从整体室外布局入手。首先，他应该满足业主提出的功能要求，同时，他应该设计建筑物的形状和立面。本节介绍建筑设计的主要流程，包括总体布局设计、建筑功能设计、建筑形态设计。
2.建筑物理环境设计
本节介绍建筑物理环境设计的主要流程，包括光环境设计、热环境设计和声环境设计。
3、建筑消防与疏散设计
膜建筑设计必须有明确的消防设计思路。本节介绍气承式膜结构设计的相关规定和注意事项。
4、门窗设计
本节介绍气承式膜结构门窗设计的相关规定及注意事项。
5、设备设计
本节介绍充气膜结构设备设计的相关内容，包括：充气系统设计、气撑膜结构控制系统设计、气枕膜结构控制系统设计、空调系统、防雷设计。
第四章结构设计
0.概述
本章介绍了充气膜结构的整个结构设计流程，包括形式设计、索网设计、内压设计、荷载与荷载组合、荷载效应分析、切割设计、漏风、结构倒塌与逃逸九个部分。连接结构。
1. 表单设计
本节介绍气撑膜结构、气枕膜结构、气肋膜结构、气囊膜结构形态设计的一般流程。
2. 有线网络设计
膜面增设索网是减少充气膜结构膜面应力的合理途径。本节介绍电缆网的功能、电缆网的形状、常用电缆网的特点和适用范围、电缆网设计的技术要求等四个方面。介绍了索网设计的要求。
3.内压设计
内压是充气膜结构独特的设计参数，也是维持结构刚度稳定的核心因素。本节介绍气承膜结构最大内压、最大工作内压、最小工作内压、正常工作内压的设计要求和注意事项。
4.荷载和荷载组合
本节介绍气撑膜结构设计时永久荷载、活荷载、内压、风荷载、雪荷载、其他荷载及荷载效应组合的考虑及取值方法。
5、负载效果分析
本节介绍气撑膜结构荷载效应分析、内压模拟、强度和刚度计算的特点。
充气膜结构的变形与工作气压有关，国内外对其变形值尚无规定。 《膜结构技术规程》CECS158参考工程经验，给出了变形应满足的条件。
除满足CECS158的建议外，本书还提供了结构变形限值的推荐值：（1）气承膜结构的最大水平位移不应大于其高度的1/10； (2)最大竖向位移不应大于其跨度的1/30。
通过四类膜结构分析实例详细介绍了结构变形的计算。
6. 切割设计
本节介绍充气膜结构的裁剪和设计方法。包括切削设计的内容和步骤、切削线布置、切削应变补偿、切削设计方法等。
7、漏气
充气膜结构不是一个完全封闭的系统，会存在一定的漏风量。在结构设计时，需要对气承膜结构的漏风量进行评估和计算。
本节从漏风位置、漏风理论分析、漏风估算三个方面介绍漏风设计过程。结合国外标准，给出了部分泄漏部位的漏风率值。
8、结构倒塌逃生
本节通过气撑膜结构的倒塌和气枕的倒塌来介绍结构倒塌和逃生设计相关的内容。
介绍了气撑膜结构放气的评价、倒塌过程的一般规则、气密性检测方法、放气时间的估算方法以及逃生设计。
9、连接结构
本节介绍气承膜结构膜片间的连接结构、膜单元的连接结构、膜单元与支撑面的连接结构、拉索节点的连接结构。
第五章 建设
0.概述
本章介绍充气膜结构施工的基本步骤和要求，包括加工、安装、充气和调试三部分。
1.加工
本节主要介绍膜体的加工过程，包括加工前的准备、膜材料的加工以及膜单元的包装和运输。
2.安装
本节主要介绍充气膜结构的安装流程，包括安装前的准备工作、应急门及人员、车辆（设备）进出门的安装、机电设备的安装、膜单元的安装、索网的安装。
3. 充气与调试
本节主要介绍充气膜结构的充气及调试施工流程，包括充气前的准备、充气及调试、充气后的安装、安装完成、培训、验收。
第六章 使用与维护
1. 概述
合理的使用和维护以及定期检查对于保证充气膜结构的使用寿命具有重要意义。为了保持充气膜结构处于良好的运行状态，需要运行和维护人员严格按照制造商提供的使用和维护手册进行操作和维护。让检查成为一种习惯。
2. 维护内容
本节介绍充气膜结构的维护内容，包括：充气设备、控制系统、备用电源、基础锚固、膜修复、膜面清洁、电缆及索网、连接节点、送回风管道、门禁系统十一个方面漏风异常。
3、检查并记录
本节介绍充气膜结构的检查和记录内容，包括检查项目、定期检查制度、雪后检查、检查记录等。
第七章 典型工程案例
0.概述
本章选取国内典型工程案例详细介绍四类充气膜结构项目的设计和施工过程。
1、充气膜结构
◆ 中央电视塔职工健身中心航拍厅
该项目位于北京市海淀区中央电视台大楼西侧。长57m、宽50m、高17m，建筑面积2850m2。于2014年6月竣工。
本部分重点介绍该项目的材料选择、荷载分析、切割设计、典型节点、门禁系统、室内照明、成套机械单元设备、控制系统、施工工艺等。
◆ 北京某国际学校气膜体育馆
本工程建筑轮廓尺寸为长48m、宽34m、高13.65m。气膜运动馆东南角与原土木结构会所相连。于2011年9月竣工。
本部分重点介绍项目的设计说明、建筑主体、成套设备等。
◆ 天津响螺湾体育休闲广场航拍项目
该项目位于天津滨海新区，包括体育休闲广场、配套停车位及周边绿化，总用地面积约27,612平方米。空气膜结构体育馆总建筑面积4867.88m2。
本部分重点进行工程主体结构设计、机械单元设备成套设计、消防设计等。
◆ 神华巴彦淖尔能源有限公司选煤厂气膜项目
本项目利用气膜结构轻质、大跨度的特点对原煤储场进行覆盖，保护储煤场免受自然环境的影响，起到降尘、节能等环保作用。储煤棚长400m，宽110m，高42m。 。
本部分重点介绍项目建筑总体设计、气膜结构分析、成套机械单元设备。
◆ 招商港（深圳）外场充气膜仓库
该项目位于招商局港口（深圳）有限公司场外仓储厂区内，由于到达码头的粮食是露天存放在室外，受天气影响较大，建设单位通过工程造价、工期、结构型式等综合比较钢结构设计手册 模量，决定采用空气轴承，气膜结构覆盖其室外堆场。该项目是国内首个将气膜应用于粮食仓储的项目。气膜仓库长160m，宽50m，高20m。
本部分重点介绍项目建筑总体设计、气膜结构分析、成套机械单元设备。
2、气枕膜结构
◆大连体育中心体育场雨棚ETFE气枕结构
大连体育中心体育场是第十二届全运会的主要比赛场馆之一。其整体平面呈椭圆形，长轴长度320m，短轴长度293m。总建筑面积约12.8万平方米，可容纳观众约12.8万平方米。 6万人，2014年竣工。
本节重点介绍工程膜材料基本参数的确定、气枕受力性能分析以及节点设计。
◆万科东莞植物园ETFE气枕膜结构
本项目为热带雨林植物园，占地面积约3850m2，包括气枕单元552个，其中可横向打开的36个单元，可顶升打开的82个单元。于2016年11月竣工。
本节重点介绍该项目的结构体系、膜结构分析、典型节点、送风系统、气枕制造、安装工艺等。
◆上海迪士尼明日世界极光轮ETFE雨棚项目
该项目是位于上海迪士尼乐园的明日世界主题公园。本项目施工采用不规则的壳体结构，给ETFE气枕的形状寻找带来很大困难。整个项目总面积5000平方米，由71个气枕组成。最大的气枕面积为220平方米，于2015年竣工。
本版块重点介绍该项目的钢结构转接件设计、铝型材设计与加工、ETFE气枕设计、ETFE气枕安装等。
◆石狮世茂国际广场一期雨棚
该项目用于覆盖南北连接的多栋建筑。雨棚上表面ETFE气枕膜结构扩展面积北侧6759m2，南侧3675m2，合计10434m2。于2016年9月竣工。
本节重点介绍该项目的结构体系、荷载分析、膜结构分析等方面。
3、气囊膜结构
◆滨海污水处理厂污水池充气膜覆盖工程
该项目位于盐城滨海沿海化工园区。包括收集池和厌氧池，面积5600m2。收集池平面尺寸为30mx20m，厌氧池单个平面尺寸为10mx20m。
本节重点介绍该项目的充气膜封顶方案、充气膜结构分析、机械单元成套设备以及改造后的效果。
4、气肋膜结构
◆某气承气肋组合式充气膜结构工程
本项目为航天试验基地项目。该建筑净面积670平方米，由测试主球体和通道两部分组成。均为高压气肋和低压气撑组合式充气膜结构。高压气肋为直径1.5~3m的弧形圆柱面，设计内压10kPa，为整个膜面提供骨架支撑；低压充气式充气膜为单层膜，设计内压为300Pa。两者相互作用，在特殊气候条件下承受外部载荷。
本节重点介绍该项目的结构体系、结构分析、安装等方面。
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