膜結(jié)構(gòu)在中國的發(fā)展歷史
時(shí)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(gè)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(dòng)會(huì)， 膜結(jié)構(gòu)被用在主體育場的看臺(tái)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(shí)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(jià)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(gè)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(gè)包括膜、索和鋼支承結(jié)構(gòu)的典型張拉體系，整個(gè)屋蓋由70個(gè)錐形索膜單元組成，總面積為30000m2。環(huán)顧整個(gè)中國大地，新的體育中心正在一個(gè)接一個(gè)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(gè)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(tái)、威海和蕪湖。另一個(gè)適宜采用 膜結(jié)構(gòu)的對(duì)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(gè)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(gè)實(shí)例是成都的水上樂園。這個(gè)有20000m2的大型建筑用來作為死海漂浮運(yùn)動(dòng)。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(huì)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(huì)，有兩個(gè)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(huì)議在此舉行而聞名。主會(huì)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(huì)議展覽中心。一個(gè)以膜材覆蓋的鋼穹頂位于多功能大廳上空成為整個(gè)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(gè)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(huì)更長。玻璃纖維膜材的唯一缺點(diǎn)是價(jià)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(jià)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(shí)間來，國外媒體表現(xiàn)出了對(duì)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(píng)選出了中國十大新建筑奇跡，包括北京奧體主會(huì)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(tái)、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(tái)。”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(gè)舞臺(tái)。報(bào)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(huì)時(shí)，不單是世界上最快以及最具實(shí)力的運(yùn)動(dòng)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(tái)等將很快一一落戶中國。文章列舉評(píng)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(duì)它們的評(píng)價(jià)與介紹中可以看到評(píng)選者對(duì)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(chǔ)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(gè)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(shí)寫道,為讓北京奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場這個(gè)有著91000個(gè)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(gè)未完全密封，但同樣能為觀眾和運(yùn)動(dòng)員遮風(fēng)擋雨的外殼。體育場的外觀猶如一個(gè)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(gè)分開的空間都是一個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，恐怕有很少人會(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(gè)潛在應(yīng)用對(duì)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(huì)，江蘇車棚按照規(guī)劃需要32體育場館，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(huì)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(huì)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。
