膜結(jié)構(gòu)在中國的發(fā)展歷史
時間:2015-06-15 01:23:38
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如今大家聽到膜結(jié)構(gòu)都自然而然的聯(lián)想到膜結(jié)構(gòu)生產(chǎn)出來的物品，例如膜結(jié)構(gòu)停車棚，大型的游泳場，大型的體育中心，歌劇院等等都有膜結(jié)構(gòu)的存在。那么您是否知道膜結(jié)構(gòu)的由來的，膜結(jié)構(gòu)在中國歷經(jīng)了怎么的才衍生到今天這樣一個繁榮的景象呢。
膜結(jié)構(gòu)(Membrane)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，是由多種高強(qiáng)薄膜材料(PVC或Teflon)及加強(qiáng)構(gòu)件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)可分為充氣膜結(jié)構(gòu)和張拉膜結(jié)構(gòu)兩大類。充氣膜結(jié)構(gòu)是靠室內(nèi)不斷充氣，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱之間）,室內(nèi)外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實(shí)現(xiàn)較大的跨度。張拉摸結(jié)構(gòu)則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美靈活。
世界上第一座充氣膜結(jié)構(gòu)建成于1946年，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)會議，無疑給充氣膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)在1970年大阪世界博覽會上。其中具有代表性的有蓋格爾設(shè)計(jì)的美國館（137m×7m8卵形），以及川口衛(wèi)設(shè)計(jì)的香腸形充氣構(gòu)件膜結(jié)構(gòu)。后來人們認(rèn)為70年大阪博覽會是把膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地、商業(yè)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(jié)構(gòu)建造永久性建筑。而70年代初美國蓋格爾-勃格公司（Geiger-Berger Associates）開發(fā)出的符合美國永久建筑規(guī)范的特氟?。═eflon）膜材料為膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于永久、半永久性建筑奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。之后，用特氟隆材料做成的室內(nèi)充氣式膜結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)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(nèi)凈面積4，6767㎡）。
而中國現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到了西方國家先進(jìn)技術(shù)的影響。近幾年來，在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用上顯示了活躍的趨勢。雖然一開始工程規(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外，但預(yù)計(jì)會有更多的工程依靠自己的力量來完成。在過去十年中，中國的許多城市都在籌劃建設(shè)新的體育設(shè)施。由于其重量很輕的優(yōu)點(diǎn)， 膜結(jié)構(gòu)往往被采用。體育建筑可以說是膜結(jié)構(gòu)在中國應(yīng)用的突破口。1997年之前，只建造了少量的小型與中型的 膜結(jié)構(gòu)，同年在上海舉行的第七屆全國運(yùn)動會， 膜結(jié)構(gòu)被用在主體育場的看臺挑篷，總面積達(dá)36100m2。這是中國第一次將膜材制成的屋頂用在大面積的永久性建筑上，具有深遠(yuǎn)的影響。當(dāng)時涂PTFE的玻璃纖維膜材、張拉膜和工程安裝還借助于國外的力量。在上海體育場成功的建成后，雖然它的價格仍高于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，又出現(xiàn)了一些膜結(jié)構(gòu)屋頂?shù)捏w育場。頤中體育場坐落在山東省的濱海城市青島，這是中國第一個靠自己力量設(shè)計(jì)與施工的大型膜結(jié)構(gòu)體育場，外包尺寸為266m×180m，可容納6萬觀眾。懸挑40m的屋蓋是一個包括膜、索和鋼支承結(jié)構(gòu)的典型張拉體系，整個屋蓋由70個錐形索膜單元組成，總面積為30000m2。環(huán)顧整個中國大地，新的體育中心正在一個接一個的規(guī)劃， 膜結(jié)構(gòu)成為覆蓋主體育場的優(yōu)選，估計(jì)已有十多個體育場采用。在大城市中有上海（虹口區(qū)足球場）、武漢、鄭州和廣州，在中小城市有煙臺、威海和蕪湖。另一個適宜采用 膜結(jié)構(gòu)的對象是室內(nèi)體育館，在中國還剛開始。在華北的秦皇島體育館是第一個采用雙層膜的工程，其平面呈橢圓形，長短軸各為112m與98m。最近的一個實(shí)例是成都的水上樂園。這個有20000m2的大型建筑用來作為死海漂浮運(yùn)動。一系列拱形鋼桁架跨越115m，上覆以PVC聚酯織物。
膜結(jié)構(gòu)工程曾被用于覆蓋一些室內(nèi)或室外的演出設(shè)施。大部分是由鋼框架支承的張拉膜結(jié)構(gòu)。建成的實(shí)例有：長沙世界之窗劇場（3500m2）、深圳歡樂谷中心表演場（5800m2）、廣州海洋世界海豚館（2840m2）和天津泰豐風(fēng)雨劇場（1000m2）等。世界之窗劇場建成于1998年，是早期采用PVC覆面膜材的工程之一。由于國內(nèi)和國際上交流的擴(kuò)展，需要許多新型的會議與展覽建筑。1999年在深圳召開了中國高新技術(shù)成果交易會，有兩個面積為2400m2的館采用了膜屋蓋，顯示了其輕質(zhì)與透光的突出優(yōu)點(diǎn)。在海南省的小鎮(zhèn)博鰲，由于有全世界重要人物參加的一系列高層會議在此舉行而聞名。主會場即采用了膜結(jié)構(gòu)，施工工期十分緊迫，4000m2的膜屋蓋在40天內(nèi)完工。在廣西壯族自治區(qū)首府南寧建造了國際會議展覽中心。一個以膜材覆蓋的鋼穹頂位于多功能大廳上空成為整個建筑物的焦點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)外兩邊采用雙層的PTFE玻璃纖維織物覆蓋。膜結(jié)構(gòu)工程還可用來覆蓋各種不同的小型建筑，如加油站、收費(fèi)站、服務(wù)中心、大門入口以及遮陽設(shè)施等。雖然每個工程的面積只有幾百平方米，但工程的數(shù)量很多，把全國的工程加起來，膜的數(shù)量就很可觀了。中國膜材十年仍未突破 膜結(jié)構(gòu)只有在材料問題得到解決之后才得以大量推廣應(yīng)用，因此關(guān)鍵問題是要提供滿足功能要求、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乙烯（PVC）的聚酯織物。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等優(yōu)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)，其期望的使用壽命將會更長。玻璃纖維膜材的唯一缺點(diǎn)是價格較貴。PVC聚酯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，但價格卻很便宜，大約在1/5左右。加了改進(jìn)其性能可在涂層外再加一層面層，聚偏氟乙烯（PVF）或聚偏二氟乙烯（PVDF）。這種面層能保護(hù)織物抵抗紫外線的侵蝕，并改進(jìn)其自潔性。目前國內(nèi)有好多廠家都能生產(chǎn)有PVC涂層聚酯織物，但其性能尚未能完全達(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。據(jù)悉最近有些公司正在試制有PVDF面層的聚酯織物和PTFE玻璃纖維織物，外觀與性能都大有改進(jìn)。
近一段時間來，國外媒體表現(xiàn)出了對中國建筑設(shè)計(jì)前所未有的關(guān)注。2005年12月23日的美國《商業(yè)周刊》評選出了中國十大新建筑奇跡，包括北京奧體主會場、國家游泳中心、北京首都國際機(jī)場、上海世界金融中心、國家大劇院、中央電視臺、上海崇明東灘生態(tài)城、當(dāng)代MOMA、長城腳下的公社、東海大橋（上海)。其中地處北京的建筑就有七家之多。“中國正逐步成為當(dāng)今最具有創(chuàng)意性建筑和工程設(shè)計(jì)的舞臺。”中國建筑事業(yè)的發(fā)展，正在為今日最頂尖建筑及工藝技術(shù)創(chuàng)造一個舞臺。報道首先分析了中國新建筑崛起的經(jīng)濟(jì)原因和外部環(huán)境。文章說，當(dāng)全球矚目北京2008年奧運(yùn)會時，不單是世界上最快以及最具實(shí)力的運(yùn)動員們正在為爭取最高榮譽(yù)而加緊努力，新一代的創(chuàng)新建筑也正在北京的土地上拔地而起。由于蒸蒸日上的經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大支持，世界上最大的航空港、有節(jié)能環(huán)保的建筑及世界上最高的室外觀光臺等將很快一一落戶中國。文章列舉評選結(jié)果說，2008年以前完工的國家游泳中心（水立方）、國家體育場（鳥巢）、國家大劇院等中國公眾十分熟悉的知名場館更理所當(dāng)然地進(jìn)入了“十大”之列。從對它們的評價與介紹中可以看到評選者對追求環(huán)保、自然的推崇。比如被稱為“水立方”的國家游泳中心，是節(jié)能環(huán)保型的建筑。游泳池內(nèi)的水將由太陽能加熱，泳池的雙重過濾裝置可實(shí)現(xiàn)水的再利用，就連多余的雨水也將被收集和儲存在地下的水池中。復(fù)雜的工程系統(tǒng)和彎曲的鋼結(jié)構(gòu)使得外部結(jié)構(gòu)像一個泡沫，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得“水立方”幾乎經(jīng)得起任何地震的襲擊。文章介紹“鳥巢”時寫道,為讓北京奧運(yùn)會主會場這個有著91000個座位的、可能是至今最大的環(huán)保型體育場獲得自然通風(fēng)，建筑師從自然中獲得了靈感，獨(dú)創(chuàng)了一個未完全密封，但同樣能為觀眾和運(yùn)動員遮風(fēng)擋雨的外殼。體育場的外觀猶如一個由枝條編織而成的鳥巢；而其內(nèi)部，從休息室到飯店，每一個分開的空間都是一個獨(dú)立的單元，從而使自然空氣的流通成為可能。文章指出，作為全國最具流行色彩的城市，北京吸引了很多知名建筑大師成就事業(yè)。入選的北京“長城腳下的公社”，是由12名亞洲杰出建筑師設(shè)計(jì)建造的當(dāng)代建筑藝術(shù)作品。北京“當(dāng)代MOMA”的設(shè)計(jì)表明了環(huán)保創(chuàng)新技術(shù)在住宅中應(yīng)用和它所代表的建筑發(fā)展新趨勢，堪稱大型可持續(xù)發(fā)展住宅建筑的典范。它采用世界上最大的地源熱泵系統(tǒng)，將用來幫助這個由第20層的咖啡館、干洗店等系列服務(wù)設(shè)施連接起來的8幢建筑組成的小區(qū)，采用最為節(jié)能的方式保持恒濕恒溫，這是這座建筑的一大亮點(diǎn)。住宅單元還有一大亮點(diǎn)，就是可再利用廢水，將廚房和洗臉盆的廢水過濾，衛(wèi)生間循環(huán)利用。
總結(jié)性的來說：中國膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展規(guī)模是十分鼓舞人心的，從1995年開始，當(dāng)年只造了一個面積為3300m2的膜結(jié)構(gòu)。從1996至2001年，六年內(nèi)建造的膜結(jié)構(gòu)估計(jì)達(dá)370,000m2。由于一些大型體育場的建成，膜結(jié)構(gòu)的建設(shè)以平均每年20％的速度增長。2003年建造的膜結(jié)構(gòu)約為180,000m2。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)第一次用于上海體育場時，恐怕有很少人會看到這在推動膜結(jié)構(gòu)發(fā)展的潛力。此后，膜材被用在大小不等的體育場篷蓋上，浙江車棚并占據(jù)了膜結(jié)構(gòu)相當(dāng)大的份額。最近廣州新白云機(jī)場候機(jī)樓采用了膜材作為屋蓋的一部分，就有巨大的58,000m2面積。候機(jī)大樓很可能成為膜結(jié)構(gòu)的另一個潛在應(yīng)用對象，因此有理由預(yù)測中國的膜結(jié)構(gòu)將繼續(xù)以每年15-20％速度增長。展望將來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的增長和文化生活的不斷豐富，將建造更多的具有新穎功能、形式多樣的建筑。例如，北京將舉力2008年奧運(yùn)會，江蘇車棚按照規(guī)劃需要32體育場館，其中19個是新建的。正在規(guī)劃的奧林匹克公園將包括國家體育場、國家體育館、國家游泳中心、國際展覽中心等項(xiàng)目。此外，2010年的世界博覽會在上海舉行，各種類型的展覽館將由世界各國來建設(shè)。大部分工程項(xiàng)目將實(shí)行國際招標(biāo)。由于膜結(jié)構(gòu)所獨(dú)有的特點(diǎn)，它將會以更大的規(guī)模增長。通過其發(fā)展，中國與世界的交流和合作也將不斷壯大。
