在現代建筑領域，氣枕式膜結構以其獨特的魅力和創新性，逐漸成為眾多大型建筑與特色建筑的優先選擇。今天佛蘭空間將帶您了解氣枕式膜結構的定義、造型原理、應用場景、特點及其著名案例。

一、什么是氣枕式膜結構

 

氣枕式膜結構，一般指由多個氣枕單元集合而成的結構體系，每個氣枕單元的膜面形成封閉曲面及密閉空間，其周邊固定于剛性骨架上。

 

一般采用ETFE膜材料或柔性PVC膜材，由多個獨立充氣的氣枕拼接而成，每個氣枕都是雙層（多層）膜結構，通過內部充氣使其形成氣枕并具有一定剛度以抵抗外部荷載，自身僅起到圍護結構的作用。

 

二、氣枕式膜結構的基本造型

 

1、平面型氣枕式膜結構

?造型特點

 

由單層或多層膜材組成扁平或略微起伏的氣枕單元。通常采用矩形、菱形或多邊形平面拼接，形成規則網格布局。結構簡潔，適用于標準化模塊化設計。

 

 

?優勢

 

?施工便捷：單元形狀規則，易于工廠預制和現場安裝。

 

?成本可控：平面膜材裁剪和加工難度低，材料損耗少。

 

?透光均勻：適合需要大面積均勻采光的場所（如溫室、天窗）。

 

?維護方便：單個氣枕損壞時易于更換，不影響整體結構。

2、曲面型氣枕式膜結構

 

?造型特點

 

通過充氣壓差形成雙曲率曲面（如馬鞍形、球形或自由曲面）。曲面造型可增強結構剛度，有效分散風壓和雪荷載。動態感強，適合標志性建筑的外觀設計。

 

 

?優勢

 

?力學性能優異：曲面形態自然抵抗外部荷載，跨度可達百米以上。

 

?空間表現力強：流線型外觀賦予建筑未來感（如體育場、展館）。

 

?環境適應性好：曲面排水順暢，不易積雪積灰。

 

?聲學優化：曲面反射聲波，適合音樂廳等對聲學要求高的場所。

 

3、拱頂型氣枕式膜結構

 

?造型特點

 

由連續的拱形氣枕單元構成，形成半圓形或拋物線穹頂。通常采用雙層膜結構，中間充氣形成保溫空腔。適合需要大空間無柱覆蓋的場所（如體育館、宗教建筑）。

 

 

?優勢

 

?跨度能力突出：拱形結構可將荷載傳遞至基礎，實現百米級無柱空間。

 

?節能高效：穹頂內部形成熱空氣緩沖層，降低冬季供暖能耗。

 

?視覺震撼：拱頂空間恢弘，適合營造神圣或慶典氛圍。

 

?抗風雪能力強：弧形表面不易積雪，防風壓性能優于平頂結構。

 

 

三、氣枕式膜結構的工作原理

 

氣枕式膜結構的穩定性依賴于內部氣壓調節系統。

 

1、智能充氣系統

? 工作壓力：0.2~0.5kPa（風機持續供氣）

? 動態調節：根據荷載自動補償氣壓波動

? 安全冗余：配備備用電源防止斷電

 

2、氣密性設計

? 邊緣處理：鋁合金/鋼結構密封固定

? 多層防護：主密封+二次防水層設計

? 檢漏標準：氣壓損失＜5%/24小時

3、智能控制系統

? 實時監測：氣壓/溫度/荷載傳感器網絡

? 自動響應：強風時自動增壓至0.7kPa

? 遠程管理：支持物聯網平臺監控

 

四、氣枕式膜結構的應用場景

 

氣枕式膜結構憑借其輕量化、高透光性和可塑性，被廣泛應用于以下領域：

 

1、體育場館

◆ 北京"水立方"：3000+ETFE氣枕單元，透光率95%

◆ 慕尼黑安聯球場：動態變色氣枕外立面

◆ 大跨度無柱空間，完美覆蓋觀眾席

 

2、商業建筑

◆ 新加坡"星耀樟宜"：穹頂氣枕引入自然光

◆ 購物中心中庭：輕量化采光頂

◆ 機場航站樓：節能透光屋面系統

 

3、生態建筑

◆ 英國伊甸園工程：模擬熱帶氣候的生態穹頂

◆ 植物園溫室：優化光照的智能氣枕系統

◆ 生態餐廳：可調控透光率的種植屋面

 

4、臨時建筑

◆ 展覽館：可快速搭建的充氣式展棚

◆ 應急設施：災后臨時醫院/避難所

◆ 活動場館：模塊化氣枕拼接結構

 

5、城市景觀

◆ 互動藝術裝置：響應式燈光氣枕

◆ 城市遮陽棚：自清潔膜結構

◆ 地標構筑物：異形氣枕雕塑

 

 

五、氣枕式膜結構的特點

核心優勢

 

?輕質高強：重量僅為玻璃的1/30-1/50，抗風壓/雪荷載優異

?高透光性：ETFE透光率90%~95%，顯著節約照明能耗

?節能環保：氣枕空腔智能調節，降低建筑能耗

?造型自由：柔性材質實現雙曲率曲面設計

?自潔性：防粘涂層+雨水沖刷，維護成本↓30%

 

注意事項

?初期成本：ETFE膜材及智能系統造價較高

?系統依賴：需持續供氣，電力中斷影響穩定性

?維護要求：5-8年更換密封條，定期檢查膜面

?隔音局限：單層氣枕隔音較弱，需復合隔音層

 

六、著名氣枕式膜結構案例

1、北京國家游泳中心“水立方”

水立方，2008年北京奧運會的標志性建筑之一。其外立面由3000多個氣枕組成，每個氣枕都是雙層ETFE膜結構，通過充氣形成獨特的“水泡”造型，不僅美觀大方，還具有良好的保溫隔熱和透光性能。

 

▲圖片源于網絡

 

2、慕尼黑安聯球場

 

德國慕尼黑安聯體育場建成于2005年，是一座可容納67000人的足球場，也是世界上最著名的ETFE膜結構運動場之一。項目平面尺寸258m×227m，結構高度50m，下部支承結構采用鋼筋混凝土框架體系，屋面采用大跨度懸挑平面桁架體系。采用2874塊菱形ETFE雙層氣枕作為屋面和墻面的外圍護體系，膜材厚度為200μm，ETFE總展開面積達到26000㎡。ETFE氣枕外膜，可變換紅、藍、白三色燈光，是全球首個可變色體育場。

▲圖片源于網絡

 

3、新加坡“星耀樟宜”

 

星耀樟宜機場（Jewel）是一個世界級多面相生活方式的據點，由花園和景點、零售和餐飲、酒店以及機場運營設施等眾多項目組成。它擁有標志性的玻璃和鋼結構外墻，總建筑面積達135,700平方米，是世界最大室內瀑布與穹頂氣枕結構，營造熱帶雨林氛圍。

▲圖片源于Lighting Planners Associates

 

 

 

4、英國伊甸園

 

英國“伊甸園”溫室項目是世界上第一個大型ETFE氣枕式膜結構建筑，結構主承重體系由八個半徑為18m-65m的六角形鋼管穹頂構成，覆蓋三層ETFE氣枕膜結構，氣枕形狀有六邊形、五邊形，其中六邊形單元的直徑為5m-11m，總用膜面積達到29200㎡。該項目的成功建設，為ETFE膜結構在世界范圍內的推廣應用起到了示范和促進作用。

 

▲圖片源于網絡

 

5、瑞士蘇黎世Masoala雨林展館

 

瑞士蘇黎世Masoala雨林展館于2002年建成，長120m，跨度90m，主體承重結構采用10榀平行的桁架拱，屋頂和墻面采用54個長條形三層ETFE膜結構氣枕作為覆蓋體系，氣枕寬度4m，長度約52m，ETFE氣枕總面積達到14600㎡。

▲圖片源于網絡

 

6、于家堡高鐵站

 

國際最大單殼體膜結構，其雙螺旋穹頂由783個大小不同的ETFE氣枕組成，長143米，寬80米，形成了獨特的“貝殼”造型。該設計不僅美觀，還解決了大跨度空間的保溫、透光和隔熱難題，同時配置了消防熔斷系統，確保了消防安全。

▲圖片源于網絡

 

氣枕式膜結構的出現，打破了傳統建筑“重、剛、閉”的固有形態，以“輕、柔、透”的特性為建筑設計提供了無限可能。從“水立方”的水泡到“伊甸園”的穹頂，氣枕式膜結構不僅是建筑技術的突破，更是人類對“與自然共生”建筑理念的實踐——用柔性的膜材、隱形的空氣，構建出更貼近自然的建筑空間。

 

▲圖片源于Lighting Planners Associates

 

未來，隨著技術的進一步成熟，氣枕式膜結構有望成為大型公共建筑、生態建筑的主流選擇，為城市增添更多“會呼吸的”柔性地標。

 

以上就是關于氣枕式膜結構的分享，如您感興趣，可咨詢佛蘭空間。

 

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深圳市佛蘭空間膜結構有限公司，一家專業從事空間結構建筑一體化的公司，在惠州設有專業膜材制作加工生產基地，擁有一批國內外最早從事膜結構的設計師、裁剪師和一支技術嫻熟的安裝隊伍。

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