膜结构

膜結構是一種空間結構，利用張力膜材料製成，為一種新式建築。早期為一般常見的帳篷，自上古時代開始的獸皮，中世紀時的布織物、衣料，到目前建築用的玻璃纖維、聚酯纖維等等，具有悠久的使用歷史。常用的紡織物膜材料有PVC塗層聚酯纖維膜材， PVC塗層玻璃纖維膜材，PTFE塗層玻璃纖維膜材；無塗層的單層薄膜材料包括像ETFE膜，PVC膜等。

膜結構自20世紀中期發展起來，是一種新型建築結構形式,由多種高強薄膜材料（PVC或Teflon）及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結構,並能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類。充氣膜結構是靠室內不斷充氣,使室內外產生一定壓力差（一般在10mm～30mm 水柱之間）,室內外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力,從而實現較大的跨度.張拉膜結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型,其造型非常優美靈活。

 历史 

世界上第一座充氣膜結構建成於1946年，設計者為美國的沃爾特·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構會議，無疑給充氣膜結構的發展注入了興奮劑。隨後各式各樣的充氣膜結構建築出現在1970年大阪世界博覽會上。其中具有代表性的有蓋格爾設計的美國館（137m×7m 8卵形），以及川口衛設計的香腸形充氣構件膜結構。後來人們認為70年大阪博覽會是把膜結構系統地、商業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構建造永久性建築。而70年代初美國蓋格爾-勃格公司（Geiger-Berger Associates）開發出的符合美國永久建築規範的特氟隆（Teflon）膜材料為膜結構廣泛應用於永久、半永久性建築奠定了物質基礎。之後，用特氟隆材料做成的室內充氣式膜結構相繼出現在大中型體育館中，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（室內淨面積4，6767 m2）。位於北京的水立方游泳館水立方「膜幻」亮相 外層膜結構封閉完工 是一座外圍護結構由多層氣枕構成的充氣式膜結構建築, 其中使用的ETFE膜材料近100噸，是英格蘭伊甸園項目"Eden Project"的三倍之多。

 型式 
 鋼結構：使用鋼管(以圓管居多)，其結構穩固，允許大跨度造型設計，是常有颱風、地震等天然災害地區(例如台灣)的膜結構型式主流。
 張拉鋼索：使用鋼索張拉，具有自然的張力曲線，線條自然優美，重量輕盈，配合適當的結構設計，亦可對抗自然天災，但強度仍沒有鋼結構來的強穩。
 充氣式：在膜和膜中間，灌入空氣，使其膨脹成為膜結構氣枕型式。
 開閉式：利用機械與控制系統，達到開關閉合的需求。

 材質 

 PTFE 
一般通稱PTFE膜(Poly Tetra Fluoro Ethylene)，以玻璃纖維織布所組成，再塗覆以PTFE(Teflon鐵氟龍)。玻璃纖維織布與塗覆材料都是不燃材料，故可用於絕大部份防火要求嚴格之場所，例如密閉式體育館、游泳池、運動設施、中庭、展場空間等等。且因使用年限可達數十年以上，故又被稱為永久膜。

 PVC 
缩略图|右|高雄翠華自行車橋PVC膜結構，又稱翠華之雲，為典型PVC膜結構型式的代表
一般通稱PVC膜(Poly Vinyl Chloride)，其組成為聚酯纖維，塗覆材料為PVC，不如PTFE可通過不燃材的要求，為PTFE膜製作成本太高時的替代方案。其延展性較PTFE為佳，可用在比較多變的造型。但相對的材料本身強度不及PTFE膜。

 ETFE 
缩略图|右|台北花卉博覽會-未來生活館ETFE屋頂，為台灣首座EFTE充氣式膜結構
膜材料為乙烯與四氟化乙烯合成之改性共聚物，一般通稱為透明膜，此種材料最初用於航太領域。具有優良的耐候性、幾乎透明的透光性、抗污性及35年以上的使用壽命，且能引進植物生長所需的紫外線，故一般多用於溫室、植栽或是有特殊設計需求的地方。

由於其材料不具纖維，且材料本身強度及延展性沒有PTFE及PVC來的好，亦無法使用傳統反力張拉施工方式。故常見的施工法為使用二層或三層氣枕之充氣式結構，配合壓力偵測器及充氣機，用氣壓將膜材撐開，以彌補先天的不足。另外亦有使用單層ETFE之情形，但多用在小面積之結構上，大型結構例如球場、球場看台等等，必須使用充氣式結構。

 参考 

 ETFE, Technology and Design, Annette LeCuyer, Verlag Birkhäuser, ISBN 978-3-7643-8563-7
 Membrane Structures, Hrsg. Klaus-Michael Koch, Verlag Prestel, ISBN 978-3-7913-3049-5
 Tensileworld 
 Matsui Tiger 

 注釋 

Category:建築