膜結(jié)構(gòu)——21世紀的寵兒

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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

　　大阪萬國博覽會中的美國館采用不著氣承式空氣膜結(jié)構(gòu)。這個擬橢圓、軸線尺寸為140m*83.5m的展覽館是世界上第一個大跨度的膜結(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)，大阪萬國博物會的展覽館標志著膜結(jié)構(gòu)時代的開始。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。從跨度來說，美國寵提亞克的“銀色穹頂”氣承式空氣膜結(jié)構(gòu)的平面有234.9m*183m，開始采用聚氯乙烯（PVC）涂層的玻璃纖維織物，類似的大型體育館在北美就建了九座。從面積來說，沙特阿拉伯吉大機場大廳的懸掛膜結(jié)構(gòu)占地42萬平方米。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會的體操館與擊劍館，其后又在一些體育建筑中得到推廣，例如1996年亞特蘭大奧運會的“佐治亞穹頂”，擬橢圓形的尺寸達240m*193m。為了慶祝新千年的到來，英國在倫敦建成了直徑達320m的“千氣穹頂”。整個展覽大廳總面積為8萬平方米。覆蓋其上的是72塊聚氯乙烯（PVC）涂層的玻璃纖維織物板，千年穹頂以其獨特的膜結(jié)構(gòu)，顯示了當今建筑技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展水平。

　　中國現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到了西方國家先進技術(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)計會有更多的工程依靠自己的力量來完成。

　　2）膜材

　　膜結(jié)構(gòu)只有在材料問題行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度高、半透明、耐火不燃以及自潔性好的特點。雖然材料的保證年限是25年，但按照實際使用的經(jīng)驗，實際使用壽命將會更長。玻璃纖維膜材的唯一缺點是價格較貴。PVC聚脂織物與玻璃纖維織物相比，其強度等性能稍差，使用年限也較短，但價格卻很便宜，大約在1/5左右。為了改進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）。這種面層能保護織物抵搞紫外線的侵蝕，并改進其自潔性。

　　目前國內(nèi)有好多廠家都能生產(chǎn)PVC 涂層的聚脂織物，但其性能尚未完全達到建筑織物的要求，作為建筑用的永久性材料尚需進一步提高。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，外觀與性能都大有改進。

　　3）發(fā)展前景

　　從多年國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗來看，膜結(jié)構(gòu)具有強大的生命力，必將是21世紀建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流。預(yù)計最能發(fā)揮膜結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的應(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。

　　2，輕而而美觀的膜結(jié)構(gòu)用于敞開或半敞開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中，越來越多的看挑篷采用膜結(jié)構(gòu)。國外很多露天劇院的舞臺、博覽會的展覽館也都以膜材作為頂蓋。在我國廣大地區(qū)的農(nóng)貿(mào)市場也可大力推廣膜結(jié)構(gòu)。

　　3，各種類型的生產(chǎn)廠房與倉庫，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。這種建筑有運輸、拆裝方便的優(yōu)點，對于緊急救災(zāi)或災(zāi)后重建也十分有用。

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

　　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，當年只造了一個面積為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)估計達370，000平方米。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180，000平方米。當膜結(jié)構(gòu)第一次用于上海體育場時，恐怕有很少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，并占據(jù)了膜結(jié)構(gòu)相當大的份額。廣州新白云機場候機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。候機大樓很可能有心為膜結(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%的速度增長。

　　展望未來，隨著中國經(jīng)濟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、形式多新的建筑。例如，北京將舉力2008年奧運會，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、國際展覽中心等項目。此外，2010年的世界博覽會將在上海舉行，各種類型的展覽館將由世界各國來建設(shè)。大部分工程項目將實行國際招際，這必將吸引不少國外的設(shè)計、咨詢與施工單位來參與，無疑這會給中國不定期來新的概念和先進的技術(shù)。由于膜結(jié)構(gòu)所獨有的特點，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。