膜結(jié)構(gòu)——21世紀(jì)的寵兒

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摘要：膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來(lái)的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。
關(guān)鍵詞：膜結(jié)構(gòu) 玻璃纖維 規(guī)模

　　大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)中的美國(guó)館采用不著氣承式空氣膜結(jié)構(gòu)。這個(gè)擬橢圓、軸線(xiàn)尺寸為140m*83.5m的展覽館是世界上第一個(gè)大跨度的膜結(jié)構(gòu)，而且是首次采用了聚氯乙烯（PVC）涂層的玻璃纖維織物。作為一種真正的現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)，大阪萬(wàn)國(guó)博物會(huì)的展覽館標(biāo)志著膜結(jié)構(gòu)時(shí)代的開(kāi)始。從自以后，膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展。從跨度來(lái)說(shuō)，美國(guó)寵提亞克的“銀色穹頂”氣承式空氣膜結(jié)構(gòu)的平面有234.9m*183m，開(kāi)始采用聚氯乙烯（PVC）涂層的玻璃纖維織物，類(lèi)似的大型體育館在北美就建了九座。從面積來(lái)說(shuō)，沙特阿拉伯吉大機(jī)場(chǎng)大廳的懸掛膜結(jié)構(gòu)占地42萬(wàn)平方米。作為膜結(jié)構(gòu)的一種新形式，索穹頂于1988年首先用在漢城奧運(yùn)會(huì)的體操館與擊劍館，其后又在一些體育建筑中得到推廣，例如1996年亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)的“佐治亞穹頂”，擬橢圓形的尺寸達(dá)240m*193m。為了慶祝新千年的到來(lái)，英國(guó)在倫敦建成了直徑達(dá)320m的“千氣穹頂”。整個(gè)展覽大廳總面積為8萬(wàn)平方米。覆蓋其上的是72塊聚氯乙烯（PVC）涂層的玻璃纖維織物板，千年穹頂以其獨(dú)特的膜結(jié)構(gòu)，顯示了當(dāng)今建筑技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展水平。

　　中國(guó)現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到了西方國(guó)家先進(jìn)技術(shù)的影響。近幾年來(lái)，在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用上顯示了活躍的趨勢(shì)。雖然一開(kāi)始工程規(guī)模不大，但已逐漸擴(kuò)展到更大的面積和跨度。所采用的技術(shù)與材料在某種程度上還要依靠國(guó)外，但預(yù)計(jì)會(huì)有更多的工程依靠自己的力量來(lái)完成。

　　2）膜材

　　膜結(jié)構(gòu)只有在材料問(wèn)題行到解決之后才得以大量推廣應(yīng)用，因此關(guān)鍵問(wèn)題是要提供滿(mǎn)足功能要求、耐久性好與經(jīng)濟(jì)的膜材。用于膜結(jié)構(gòu)有二種主要建筑織物，即涂敷聚四氟乙烯（PTFE）的玻璃纖維織物和涂敷聚氯乙烯（PVC）的聚脂織物。PTFE玻璃纖維織物具有強(qiáng)度高、半透明、耐火不燃以及自潔性好的特點(diǎn)。雖然材料的保證年限是25年，但按照實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際使用壽命將會(huì)更長(zhǎng)。玻璃纖維膜材的唯一缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。PVC聚脂織物與玻璃纖維織物相比，其強(qiáng)度等性能稍差，使用年限也較短，但價(jià)格卻很便宜，大約在1/5左右。為了改進(jìn)其性能可在涂層外再加一層面層，聚氟乙烯（PVF）或聚偏氟乙烯（PVDF）。這種面層能保護(hù)織物抵搞紫外線(xiàn)的侵蝕，并改進(jìn)其自潔性。

　　目前國(guó)內(nèi)有好多廠(chǎng)家都能生產(chǎn)PVC 涂層的聚脂織物，但其性能尚未完全達(dá)到建筑織物的要求，作為建筑用的永久性材料尚需進(jìn)一步提高。最近有些公司正在試制PVC面層的聚酯織物和PTFE玻璃纖維織物，外觀(guān)與性能都大有改進(jìn)。

　　3）發(fā)展前景

　　從多年國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，膜結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的生命力，必將是21世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流。預(yù)計(jì)最能發(fā)揮膜結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用領(lǐng)域有：

　　1，需要自然采光的公共建筑，如體育館、訓(xùn)練房、展覽廳等，膜材的透性能很好地解決采光問(wèn)題，又可節(jié)約能源，并給人以生種處于大自然環(huán)境中的感覺(jué)。

　　2，輕而而美觀(guān)的膜結(jié)構(gòu)用于敞開(kāi)或半敞開(kāi)建筑物的遮蔽屋蓋尤為適宜。近年業(yè)在足球、田徑等比賽的體育場(chǎng)中，越來(lái)越多的看挑篷采用膜結(jié)構(gòu)。國(guó)外很多露天劇院的舞臺(tái)、博覽會(huì)的展覽館也都以膜材作為頂蓋。在我國(guó)廣大地區(qū)的農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)也可大力推廣膜結(jié)構(gòu)。

　　3，各種類(lèi)型的生產(chǎn)廠(chǎng)房與倉(cāng)庫(kù)，其尺寸都比較規(guī)則，因而可有用膜結(jié)構(gòu)并加以定型化、商品化。這種建筑有運(yùn)輸、拆裝方便的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于緊急救災(zāi)或?yàn)?zāi)后重建也十分有用。

　　4，在改造原有建筑物時(shí)，膜結(jié)構(gòu)的自重輕是很大的優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的屋蓋。它也可用來(lái)連接毗鄰的房屋，例如在商場(chǎng)、廣場(chǎng)、校園中，這將有效地?cái)U(kuò)大其建筑空間。

　　中國(guó)膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展規(guī)模是十分鼓舞人心的，從1995年開(kāi)始，當(dāng)年只造了一個(gè)面積為3300平方米的膜結(jié)構(gòu)。從1996年到2001年，六年內(nèi)建造的膜結(jié)構(gòu)估計(jì)達(dá)370，000平方米。由于一些大型體育場(chǎng)的建成，膜結(jié)構(gòu)的建設(shè)以平均每年20%的速度增長(zhǎng)。2003年建造的膜結(jié)構(gòu)約為180，000平方米。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)第一次用于上海體育場(chǎng)時(shí)，恐怕有很少會(huì)看到這在推動(dòng)膜結(jié)構(gòu)發(fā)展的潛力。此后，膜材被用在大小不等的體育場(chǎng)篷蓋上，并占據(jù)了膜結(jié)構(gòu)相當(dāng)大的份額。廣州新白云機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓采用了膜材作為屋蓋的一部分，就有巨大的58，000平方米面積。候機(jī)大樓很可能有心為膜結(jié)構(gòu)的另一個(gè)潛在應(yīng)用對(duì)象，因此有理由預(yù)測(cè)中國(guó)的膜結(jié)構(gòu)將繼續(xù)以每年15%-20%的速度增長(zhǎng)。

　　展望未來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和文化生活的不斷豐富，將建造更多的具有新穎功能、形式多新的建筑。例如，北京將舉力2008年奧運(yùn)會(huì)，按照規(guī)劃需要32體育場(chǎng)館，其中19個(gè)是新建的。正在規(guī)劃的奧林匹克公園將包括國(guó)家體育場(chǎng)、國(guó)家體育館、國(guó)家游泳中心、國(guó)際展覽中心等項(xiàng)目。此外，2010年的世界博覽會(huì)將在上海舉行，各種類(lèi)型的展覽館將由世界各國(guó)來(lái)建設(shè)。大部分工程項(xiàng)目將實(shí)行國(guó)際招際，這必將吸引不少?lài)?guó)外的設(shè)計(jì)、咨詢(xún)與施工單位來(lái)參與，無(wú)疑這會(huì)給中國(guó)不定期來(lái)新的概念和先進(jìn)的技術(shù)。由于膜結(jié)構(gòu)所獨(dú)有的特點(diǎn)，它將會(huì)以更大的規(guī)模增長(zhǎng)。通過(guò)其發(fā)展，中國(guó)與世界的交流和合作也將不斷壯大。