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索膜結構的發(fā)展方向

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人氣：742 發(fā)表時(shí)間：2021-10-20 【小 中 大】

膜結構是建筑結構中最新發(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構將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系。自從1970年代以來(lái)，膜結構在國外已逐漸應用于體育建筑、商場(chǎng)、展覽中心、交通服務(wù)設施等大跨度建筑中。膜結構已成為結構設計選型中的一個(gè)主要方案。成為化纖紡織品應用的一個(gè)重要領(lǐng)域。近年來(lái)在中國建筑結構中也有長(cháng)足的進(jìn)展。大阪萬(wàn)國博覽會(huì )中的美國館采用了氣承式空氣膜結構。這個(gè)擬橢圓形、軸線(xiàn)尺寸為140m×83.5m的展覽館是世界上第一個(gè)大跨度的膜結構，而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂層的玻璃纖維織物。

作為一種真正的現代工程結構，大阪萬(wàn)國博覽會(huì )的展覽館標志著(zhù) 膜結構時(shí)代的開(kāi)始。自此以后，膜結構在世界范圍內得到了迅猛的發(fā)展。從跨度來(lái)說(shuō),美國龐提亞克的"銀色穹頂"氣承式空氣膜結構的平面有234.9m×183m,開(kāi)始采用聚四氟乙烯(PTFE)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),沙特阿拉伯吉大機場(chǎng)候機大廳的懸掛膜結構占地42萬(wàn)m2。作為膜結構一種新形式，索穹頂于1988年首先用在漢城奧運會(huì )的體操館與擊劍館，其后又在一些體育建筑中得到推廣。千年穹頂以其獨特的膜結構，顯示了當今建筑技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展水平。

索膜結構

目前國內有好多廠(chǎng)家都能生產(chǎn)有PVC涂層聚酯織物，但其性能尚未能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(jìn)一步提高。據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(guān)與性能都大有改進(jìn)。近一段時(shí)間來(lái),國外媒體表現出了對中國建筑設計前所未有的關(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(huì )場(chǎng)、國家游泳中心、北京首都國際機場(chǎng)、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、當代MOMA、長(cháng)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。“中國正逐步成為當今最具有創(chuàng )意性建筑和工程設計的舞臺。”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(gè)舞臺。報道首先分析了中國新建筑崛起的經(jīng)濟原因和外部環(huán)境。文章說(shuō),當全球矚目北京2008年奧運會(huì )時(shí),不單是世界上最快以及最具實(shí)力的運動(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)濟的強大支持,世界上最大的航空港、有節能環(huán)保的建筑及世界上最高的室外觀(guān)光臺等將很快一一落戶(hù)中國。文章列舉評選結果說(shuō),2008年以前完工的國家游泳中心(水立方)、國家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)、國家大劇院等中國公眾十分熟悉的知名場(chǎng)館更理所當然地進(jìn)入了“十大”之列。從對它們的評價(jià)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(chēng)為“水立方”的國家游泳中心,是節能環(huán)保型的建筑。游泳池內的水將由太陽(yáng)能加熱,泳池的雙重過(guò)濾裝置可實(shí)現水的再利用,就連多余的雨水也將被收集和儲存在地下的水池中。復雜的工程系統和彎曲的鋼結構使得外部結構像一個(gè)泡沫,這種獨特的結構設計使得“水立方”幾乎經(jīng)得起任何地震的襲擊。文章介紹“鳥(niǎo)巢”時(shí)寫(xiě)道,為讓北京奧運會(huì )主會(huì )場(chǎng)這個(gè)有著(zhù)91000個(gè)座位的、可能是至今最大的環(huán)保型體育場(chǎng)獲得自然通風(fēng),建筑師從自然中獲得了靈感,獨創(chuàng )了一個(gè)未完全密封,但同樣能為觀(guān)眾和運動(dòng)員遮風(fēng)擋雨的外殼。體育場(chǎng)的外觀(guān)猶如一個(gè)由枝條編織而成的鳥(niǎo)巢;而其內部,從休息室到飯店,每一個(gè)分開(kāi)的空間都是一個(gè)獨立的單元,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(cháng)城腳下的公社”,是由12名亞洲杰出建筑師設計建造的當代建筑藝術(shù)作品。北京“當代MOMA”的設計表明了環(huán)保創(chuàng )新技術(shù)在住宅中應用和它所代表的建筑發(fā)展新趨勢,堪稱(chēng)大型可持續發(fā)展住宅建筑的典范。它采用世界上最大的地源熱泵系統,將用來(lái)幫助這個(gè)由第20層的咖啡館、干洗店等系列服務(wù)設施連接起來(lái)的8幢建筑組成的小區，采用最為節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(guò)濾,衛生間循環(huán)利用。

張拉整體結構

（Tensegrity）是由一組連續的拉桿和連續的或不連續的壓桿組合而成的自應力、自支撐的網(wǎng)狀桿系結構，其中“不連續的壓桿”的含義是壓桿的端部互不接觸，即一個(gè)節點(diǎn)上只連接一個(gè)壓桿。Tensegrity是美國建筑師R.B.Fuller首先提出的一種結構思想，他認為宇宙的運行就是按照張拉整體的原理進(jìn)行的，即萬(wàn)有引力是一個(gè)平衡的張力網(wǎng)，各個(gè)星球是這個(gè)網(wǎng)中的一個(gè)個(gè) 孤立點(diǎn)。這種結構體系中的索網(wǎng)就相當于宇宙中的萬(wàn)有引力，獨立的受壓桿件相當于宇宙中的星球20世紀60年代隨著(zhù)現代柔性建筑材料的發(fā)展，建筑師們從帳篷著(zhù)一最古老的簡(jiǎn)單建筑結構出發(fā)，構造出了魔幻般的形式——膜結構。它可以構成單曲面，多曲面等不同建筑結構形式，滿(mǎn)足了建筑師們對建筑與美學(xué)高度統一的要求。

柔性材料具有透光和防紫外線(xiàn)功能，在一些室外建筑和環(huán)境小品中得到廣泛的應用。正是由于這一特征，夜間的燈光設計使膜結構具有鮮明的環(huán)境標志特征。優(yōu)美造型的膜材，不銹鋼配件和緊固件加上設計輕巧合理，表面處理嚴格的鋼結構支撐，塑造出形式美觀(guān)，設計合理的膜結構，在當今世界范圍內的建筑環(huán)境設計中占有舉足輕重的地位。

場(chǎng)館看臺及娛樂(lè )空間

近年來(lái)，隨著(zhù)建筑空間觀(guān)念的日益深化以及科學(xué)手段的不斷提高，“回歸自然”、“沐浴自然之溫馨”已是現代建筑環(huán)境學(xué)發(fā)展的主流。室內外的視線(xiàn)越來(lái)越模糊，出現了許多亦內亦外、相互滲透的不定空間，如：大廳裝飾、天井、四季廳、動(dòng)植物園、公園廣場(chǎng)、觀(guān)景臺、舞臺、體育場(chǎng)館、體育看臺、文化娛樂(lè )場(chǎng)所等。由于膜材的光透性，白天陽(yáng)光可以透過(guò)膜材形成慢射光，使膜覆蓋空間內達到和室外幾乎一樣的自然效果，因此膜結構能創(chuàng )造出與自然環(huán)境相媲美的空間形式。

一個(gè)城市的中心區反映一個(gè)城市的地理風(fēng)貌和民族風(fēng)情，同時(shí)，也是一個(gè)城市文化發(fā)展程度的標志。而景觀(guān)設計要求其具有廣泛的可讀性、雅俗共賞，既有超凡脫俗的藝術(shù)價(jià)值，又能使大眾喜聞樂(lè )見(jiàn)與大眾息息相通。膜結構以其輕盈飄逸的造型、柔美并帶有力量的曲線(xiàn)和大跨度和大空間的鮮明個(gè)性和標識性，應用于城市小品設計中。

索膜結構

綠色漫步道

近年來(lái)，在人口密集的大城市，在居住區周邊配置綠色空間并有人行步道。居民可以在不受車(chē)輛的影響下，在居住區附近的街心地帶輕松愉快地散步、休憩，而感到十分愜意。在綠色空間中構造一座膜小品或者走廊、亭臺水榭、休憩遮陽(yáng)傘等，不僅生動(dòng)地美化了環(huán)境（如同廣闊綠洲中的點(diǎn)點(diǎn)白帆），又有很強的功能性（人們可以在行走之暇小憩一會(huì )兒），而且增加了空間的參差感。

商業(yè)街

商業(yè)街在城市中占有相當大的比重。商業(yè)街的建筑與環(huán)境是城市文明的窗口，代表著(zhù)物質(zhì)文明和精神文明的水平，同時(shí)，也是景觀(guān)環(huán)境的重要組成部分。膜結構輕巧別致極具現代化風(fēng)格，且表現形式多樣易于安裝移動(dòng)，在商業(yè)街設計中得以廣泛應用。

建筑入口及膜建筑屋頂

建筑入口使城市公共空間與建筑空間相鄰的界面，成為城市空間的組成部分。它是人們視覺(jué)最先接觸的部分，因此，除了功能以外，還應有很強的標識性，并能體現建筑的個(gè)性，是建筑環(huán)境和城市景觀(guān)的重要組成部分。由于膜結構自然的曲線(xiàn)美是其他結構類(lèi)型無(wú)法比擬的，故成為近來(lái)建筑入口及屋頂經(jīng)常采用的形式。

利用膜結構輕巧，別致的造型建造各種半封閉，全封閉的不行空間，使其形成全天候的建筑空間，提供防風(fēng)雨，防日曬等人工環(huán)境，并有較好的廣告標識效果，因此是步行街改造和新建的絕佳選擇。

停車(chē)場(chǎng)隨著(zhù)都市現代化步伐的加快,汽車(chē)成為任何一個(gè)都市不可缺少的交通工具。我國由于汽車(chē)工業(yè)高速發(fā)展，城市的汽車(chē)擁有量成倍上升，但城市建設規劃沒(méi)能盡快適應這一發(fā)展的要求，常常是車(chē)無(wú)停放之地。所以在建設群規劃時(shí)就應充分考慮停車(chē)場(chǎng)的問(wèn)題，把停車(chē)場(chǎng)的建設和規劃當成現代城市建設規劃的重要組成部分，變得越來(lái)越重要。同樣，膜結構在停車(chē)場(chǎng)建設中也以其優(yōu)美的造型和實(shí)在的功能擔當重要角色。

高速公路收費站在城市的入口處，設計擁有自己城市鮮明特色和文化韻味的建筑形式乃是每個(gè)城市發(fā)展的首選之作，而張拉膜以自己多變的特性，柔美的造型以及夜晚配合彩燈的照射所顯示出特有的柔和的氛圍更讓過(guò)往著(zhù)記憶深刻，同時(shí)極具現代感張拉膜又展現了一個(gè)城市的發(fā)展理念和思路。

膜結構作為一種現代化的工程結構，顯示了當今建筑技術(shù)科學(xué)的發(fā)展水平，也具有巨大的發(fā)展潛力，在新世紀中，膜結構必將在建筑結構中占有重要的地位。

1967年加拿大蒙特利爾博覽會(huì )德國館成功的運用了索膜建筑技術(shù)以來(lái)，索膜建筑在世界上得到了廣泛應用，它采用了先進(jìn)的預張力技術(shù)與輕質(zhì)膜材料，其形式具有極高的藝術(shù)感染力，是建筑藝術(shù)與結構形式的完美組合。索膜建筑設計方案實(shí)質(zhì)上同時(shí)是索膜結構體系方案，因此要求從事索膜建筑設計的建筑師了解索膜結構技術(shù)并能熟練的將其運用到建筑設計中。

索膜建筑所表達的“建筑語(yǔ)言特征”呈現明顯的“理性技術(shù)表現”傾向，高聳的桅桿，異型空間鋼結構體系，堅如射速的根根鋼索，富于機械藝術(shù)表現魅力的鋼制大型節點(diǎn)，充滿(mǎn)張力自然曲線(xiàn)的變換膜體以及其他技術(shù)可望而不可及的大跨度自由空間，都給人以藝術(shù)感染力和某種程度上的技術(shù)神秘感，使索膜建筑更富于強調理性技術(shù)邏輯的表現特征。

索膜建筑是伴隨著(zhù)當代電子，機械和化工技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展的，是現代高科技在建筑領(lǐng)域中的體現，隨著(zhù)現代科技的進(jìn)一步發(fā)展，使人類(lèi)面臨著(zhù)保護自然環(huán)境的使命，因此，天然材料和傳統的古老建筑材料與技術(shù)必將被輕而薄且保溫隔熱性能良好的高強輕質(zhì)材料所取代。索膜建筑技術(shù)在這項變革中將扮演重要角色，其在建筑領(lǐng)域內更廣泛的應用是可以預見(jiàn)的。

索膜建筑之所以能滿(mǎn)足大跨度自由空間的技術(shù)要求，最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是其有效的空間預張力系統。有人把索膜建筑稱(chēng)為“預應力軟殼”，是預應力使“軟殼 ” 各個(gè)部分在個(gè)中最不利荷載下的內力始終大于零（永遠處于張拉拉伸狀態(tài)），從而使”軟殼“成為空間整體工作的結構媒體和建筑圍合材料，使得索膜建筑富有迷人的張力曲線(xiàn)和變幻莫測的空間，使體系得以覆蓋大面積，大跨度無(wú)柱自由空間，并且可以抵抗狂風(fēng)，大雪等不利荷載狀況。