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膜结构悄然走入新建筑

时间:2014-11-21 16:25:54 点击:2165 次 来源:洛阳七色膜结构工程有限公司

提到膜结构建筑,许多人会觉得陌生。但说到广州海洋馆,凡去过的人都会被那种新奇的建筑形式所吸引。广州海洋馆的海豚表演场和海狮馆整个被两个大型的篷盖所笼罩,充满了现代气息。在世界上的膜结构建筑中,英所建造的千年穹顶(MillenniumDome)尤为突出。这座直径320m、以12根高100m的柱子所支承的圆球形屋顶采用了张力膜结构。记者近日从2008奥运会组委会得知,奥运会主场馆“鸟巢”也将大量使用膜结构。

  对于这种新奇的、充满柔性艺术气息的新式建筑,许多人不禁担心,这看似帐篷的东西能抵抗大风和防腐抗霉吗?和土木建筑相比,使用年限又如何呢?

  膜结构的由来

  膜结构起源于欧洲,张拉式膜结构次出现在1964年瑞士的次博览会上,随着高新材料出现和建造工艺的提升,现已成为门业性很强的建筑形式。用在建筑设计上,不仅能加强屋顶区域结构,而且能扩大建筑设计的空间、提亮室内自然照明,现已进入了大型建筑域,在世界各地造就了许多成功的范例,分别应用于娱乐、体育、商业、工业、农业等域。这当中远的有2000悉尼奥运会场馆、法世界杯里昂热朗体育场、英剑桥大学研究中心,1990年大阪世博会、1992年西班牙塞尔维亚世博会、德慕尼黑体育馆;近的有2001年中广州九运会场馆、广州四届花卉博览会、韩日世界杯场馆等等。

  建筑设计师之所以采用膜结构,主要是因为其的性能。膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成。基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料;涂层材料主要是聚氯乙烯(PVC)和聚四氟乙烯(Teflon)。PVC材料的主要点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差,但价格便宜,容易加工制作,色彩丰富,折叠性能好。为改善其性能,可在其表面涂层聚四氟乙烯涂层,提高自抗老化和自洁能力。其寿命可达到15年左右。

  另方面,由于膜材是柔性织物,自重较轻。能建成大跨度;同时膜结构表面必须有曲线起伏以便膜材张拉,故建筑设计师在从事设计时非常自由,可以设计出形式多样、曲线优美、充满柔性和强艺术感的造型。

  不定的形状与形状的确定

  膜结构的突出点之就是它形状的多样性,曲面存在着无限的可能性。对于气承式空气膜结构来说,充气之后的曲面主要是圆球面或圆柱面,可能没有太多的选择余地。而对于以索或骨架支承的膜结构,其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。

  就形状而言,对建筑师说来是至关重要的。采用般结构的建筑物,其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同,先它的变形比般结构要大些,其次它的形状是在施工过程中逐步形成的,有个形状确定的问题,需要结构工程师的参与。要确定在初始荷载下结构的初始形状,即结构体系在膜自重(有时还有索)与预应力作用下的平衡位置。在初步设计阶段,先按建筑要求设定大致的几何外形,然后对膜面施加预应力使之承受张力,其形状也相应改变,经过不断调整预应力,就可得到理想的几何外形和应力分布状态。

  膜结构设计打破了传统的“先建筑、后结构”做法,要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中,建筑师和结构工程师要坐在起确定建筑物的形状,并进行必要的计算分析。这时,所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素,个的设计也就是上述矛盾统的结果。

  从帐篷到性建筑

  过去人们习惯地把膜结构看作是个帐篷,而帐篷只能算是个临时性建筑——不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了,其中的关键问题就是材料。上世纪70年代美制造商开发的玻璃纤维织物即满足了如上的要求。主要的改进是涂覆的面层采用了聚四氟乙烯(PTFE 商品名称Teflon氟隆)。这种材料于1973年应用于美加利福尼亚拉维思学院个学生活动中心的屋顶上。经过20多年的考验 材料还保持着70%~80%的强度 仍然透光并且没有褪色,拉维恩学院膜结构的使用经验表明 涂覆PTEE面层的玻璃纤维织物 不但有足够的强度承受张力,在使用功能上也具有很好的耐久性,从乐观的估计来说 这种材料的使用年限将远不止当初所估计的25年。

  与此同时,种价格比较低、涂覆PVC的聚酯织物在性能上也有很大的改进。制造商在原来的涂层外面再加面层,比较成熟的有聚乙烯(PVF,商品名Tediar)和聚偏氟乙烯(PVDF)这种面层能保护织物抵抗紫外线1975年在美密执安州庞提亚克兴建了平面尺寸为243.9X183m的“银色穹顶”,这是次将气承式膜结构应用于性的大型体育馆。其后在北美地区,类似的膜结构就建了9座。

  膜结构建筑已有数十年的历史,是建筑设计师发挥想象力的材料和建筑形式,被誉为“梦幻材料”。目前,膜结构90%都是公共建筑。在公园、体育场馆、车站、机场、港口、展览中心、路桥收费站、停车场、加油站、户外公共环境等场所,都有膜结构工程的身影,膜结构建筑往往都成为城市、建筑群体的视觉中心点。目前,在球,索膜建筑无论在工程还是在科研域都处于热潮中。索膜建筑功能的多样化和使用域的不断扩展,结构跨度或高度不断增大,使索膜结构体系成为标志性建筑。由于材料科学的迅速发展,新的优质建筑膜材不断出现,再加上膜结构有的柔顺的曲面、广阔的空间、半透明的室内环境,使得膜结构具有广阔的发展前景


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