建筑艺术_膜结构建筑

文章编号:1009-6825(2004)15-0007-02建筑艺术)))膜结构建筑收稿日期:2004-04-18作者简介:陈必锋(1972-),男,2000年毕业于沈阳建筑工程学院建筑学专业,助教,孝感学院城市规划与设计研究院,湖北孝感 432100欧阳红玉(1976-),女,2000年毕业于沈阳建筑工程学院建筑学专业,硕士,助教,孝感学院城市建设系,湖北孝感 432203陈必锋 欧阳红玉摘 要:结合具体工程实例,介绍了膜结构建筑,从其类型、膜材料的种类、膜结构建筑的特点等方面进行了论述,展望了21世纪膜结构建筑的发展。

关键词:膜结构,膜材,建筑中图分类号:T U -80文献标识码:A1 膜结构建筑膜结构建筑(M enbrane Structur es)是近几十年发展起来的一种采用新型材料的全新结构形式,是以膜材为主体并与钢结构及钢索共同组成的全新的结构体系,并于20世纪后期成为国际上大跨度空间建筑及景观建筑的主要形式之一,具有强烈的时代感和代表性。

它是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学、计算机技术等为一体的多学科交叉应用工程,具有很高的技术含量和艺术感染力,实用性强、应用领域广泛,其发展潜力巨大,将成为21世纪空间结构的发展主流。

2 膜结构建筑类型2.1 充气式膜结构向由膜结构构成的室内充入空气,使室内的空气压力始终大于室外的空气压力,使膜材料处于张力状态来抵抗负载及外力的构造形式有单层结构和双层结构两种。

单层结构如同肥皂泡,单层膜的内压大于外压。

此结构具有大空间,重量轻,建造简单的优点,但需要不断输入超压气体及日常维护管理。

双层结构是在双层膜之间充入空气,和单层相比可以充入高压空气,形成具有一定刚性的结构。

而且进出口可以敞开。

2.2 张拉式膜结构张拉式膜结构是通过拉索将膜材料张拉于结构上而形成的构造形式。

由于膜材是柔性结构,本身没有抗拉、抗压能力,抗弯能力也很差,完全靠外部施加的预应力保持其形状,即使在无外力且不考虑自重的情况下,也存在着相当大的拉应力。

膜表面通过自身曲率变化达到内外力平衡。

具有高度的形体可塑性和结构灵活性,是索膜建筑的代表和精华。

2.3 骨架式膜结构在钢架或其他材料的骨架上铺装膜材料,由此构成屋顶或外墙壁的构造形式。

形态有平面形、单曲面形和以鞍形为代表的双曲线形。

2.4 组合式膜结构组合式膜结构通常在自身稳定的桁架体系上划分成若干个单元,每个单元上布置张拉式膜结构单元,膜单元之间在受力上基本是相互独立的,可以认为是多个简单张拉式膜结构单体的物理组合,受力的复杂性介于张拉式膜结构与骨架式膜结构之间。

这种体系在目前膜结构体育场罩篷中也有较广泛的应用。

3 膜材种类用于膜结构建筑中的膜材料种类繁多,且不同的国家对膜材料的要求也不尽相同。

但按材质的不同可分为P T FE 类和PVC 类两大类。

3.1 PTFE 类膜材料PT FE 膜材料商品名叫特氟隆(T eflon),是在玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂(poly tetr afluoroethy lene,简写PT FE),且这种树脂的含量大于90%。

PT F E 膜材的最大特点是强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好,不受紫外线影响,使用寿命在25年以上。

具有高透光率,透光率为13%,对热能反射率73%,热吸收量很少。

正是因为这种划时代的膜材料的发明,使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑。

3.2 PVC 类膜材料征中。

建筑与城市的对应关系在建设活动中不外乎两种形式:一是环境风格既定,建筑内容如功能、性质、布局、规模的确定;二是建筑内容、城市建设改造或整治方向的确定。

无论是哪一种,目的都是促进城市发展,创造优美而蓬勃发展的城市环境。

当今人类愈来愈注重城市与自然、环境、建筑的有机联系。

无论怎样的城市改造与整治,脱离城市的历史与文化背景都不会孤立的存在。

城市中各种关系处理得当则可相得益彰,不仅得到和谐优美的环境效益,更能满足社会与经济发展的需要,为人们提供方便舒适的生活环境。

Rationality and perfectibility of urban governanceWANG Zh-i f ang(I nstitute of A rchitecture Des ign and Research,T aiyuan Univ ersity of T echnology ,T aiy uan 030024,China)Abstract:In view of the issues encountered in urban governance and health development of city in this paper based upon ex periences in L iux -iang and Zhonglou Street author points out that the urban governance is o ne important and wide movement in city;in addition reasonable and perfect dir ection is proposed for urban governance.Key words:urban,env ironment,rationality ,perfectibility#7#第30卷第15期2004年8月 山西建筑SHANXI ARCH ITECTUREVol.30No.15Aug. 2004PV C 膜材料的强度及防火性与PT F E 相比具有一定差距,PVC 膜材料的使用年限一般在7年~15年。

为了解决P VC 膜材料的自洁性问题,通常在P VC 涂层上再涂上P VDF (聚偏氟乙酸树脂)称为P VDF 膜材料。

另一种涂有T iO 2(二氧化钛)的PVC 膜材料,在紫外线的照射下可产生游离电子和孔穴,因而具有极强的光氧化还原功能,可以氧化分解各种有机化合物和部分无机化合物,具有极强的杀菌功能,同时具有极高的自洁性。

4 膜结构建筑的特点4.1 跨度较大1985年日本建造的国际体育博览会网球场,高15m,跨度45.2m;同年加拿大建造的卡尔加里体育馆,高36.5m,跨度112m,建筑面积11150m 2;1988年建造的东京穹顶,跨度201m,高56.19m;美国亚特兰大建造的佐治亚体育馆,长轴为235m,短轴为186m,总高为79.24m 。

据有关资料推测,跨度越大的建筑,采用膜结构越能体现其经济性。

4.2 造型优美、富有时代气息膜结构突破了传统的建筑结构形式,易做成各种造型,且色彩丰富,在灯光配合下易形成夜景,给人以现代美的享受。

又由于其技术上的先进性,膜结构被誉为现代建筑高科技,是21世纪的建筑。

4.3 减少能源消耗膜材料自身透光性较好,透光率在7%~20%左右,可充分利用自然光,白天使用不需人工照明,完全能满足各种体育比赛等活动需要;膜材料对光的折射率在70%以上,在日光照射下,室内形成柔和的散光,给人以舒适、梦幻般的感受。

4.4 施工速度快膜片的裁剪、钢索及钢结构等的制作均在工厂内完成,可与下部钢筋混凝土结构或构件等同时进行,在施工现场只是钢索、钢结构及膜片的连接安装定位及张拉的过程,故在现场的施工安装比较文明、迅速快捷。

4.5 经济效益明显虽然膜结构建筑项目从目前来说一次投资较大,但由于此类结构的日常维护费用极小(被称为/免维护结构0),从长远来看,经济效果非常明显。

此类结构若用于超大跨度建筑中,则有更为突出的价格优势。

索膜结构的经济优势是与空间跨度和技术难度成正比的。

4.6 使用安全可靠由于其自重轻,抗震性能比较好;膜结构属柔性结构,能够忍受很大的位移,不易整体倒塌,且膜材料一般都是阻燃材料,也不易造成火灾。

4.7 易做成可拆卸结构,易于运输,可用作巡回演出、展览等如美国某公司设计制作的音乐篷覆盖面积300多m 2,其拆卸和安装只需用不足6h 的时间。

4.8 使用范围广从气候条件看,它适用于从阿拉斯加到沙特这样广阔的地域;从规模上看,可以小到单人帐篷、花园小品,大到覆盖几万、几十万平方米的建筑。

甚至有人曾设想覆盖一个小城,实现人造自然。

5 工程实例美国纽约州叙拉古大学的卡理阿体育馆是个充气建筑,能容纳约5万观众,于1979年由大卫盖格研究设计,采用了钢筋混凝土预制梁、柱和气承薄膜顶盖。

顶盖是涂上聚四氟乙烯的玻璃纤维织物膜材,以钢缆对其加固,穹顶底部安装了16台鼓风机,两台作为屋顶充气用,其余用作体育场的室内通风。

这种膜材不仅质地坚韧,而且不易燃烧,即使被烧穿了,逸出的气流也会将火焰扑灭,而且一旦球体被戳破,需要几小时乃至几天时间巨大的球体才能瘪掉,足以使内部人员安全疏散。

与世界先进水平相比,我国膜结构的科研开发与应用还存在着较大的差距。

近年来,国内对膜结构的兴趣逐渐增大,在工程中呈现出了比较活跃的势头,例如深圳欢乐谷和长沙世界之窗剧场采用了钢柱支承的索膜结构,膜结构建筑覆盖面积约为6000m 2和3500m 2。

膜结构也被应用在大跨度、大面积的体育建筑上。

中国死海漂浮水上运动中心采用空间钢桁架结构,屋面覆盖膜材,为典型的骨架膜结构工程。

整个结构平面布置为扇形,跨度115m,纵向总长度为250m 。

总投影面积约为30000m 2。

钢骨架结构共包括19榀径向布置的三角形空间拱桁架,同时主桁架之间沿纵向布置多道连续的空间次桁架。

主桁架两端各设上下弦三个铰支座,与下部混凝土柱连接。

膜材选用法拉利公司的1202T 2,该工程为世界最大的室内人造海岸工程。

6 结语从多年来国内外的实践经验来看,由于新材料、新形式的不断出现,膜结构具有强大的生命力,必将是21世纪建筑结构发展的主流。

它的应用范围不仅限于体育或展览建筑,而且已向房屋建筑的各个方面扩展,因而具有广阔的发展前景。

在中国,膜结构的开发与研究还刚刚起步,因此当务之急是学习并引进国外先进技术,开发生产我国自己的膜材,解决设计中存在的问题。

膜结构在中国也将会得到越来越多的应用。

参考文献:[1]郭 治.21世纪的琼楼玉宇[M ].合肥:安徽教育出版社,1998.[2]蓝 天.空间钢结构的应用与发展[J].建筑结构学报,2001,(4):16-20.Architectural art -architecture of membrane structureC HEN B-i f eng OUYANG Hong -yu(College of Ur ban Planning and Design,Xiaogan I nstitute,X iaogan 432100,China)Abstract:Combined with pr actical w ork the architecture of membr ane structure is introduced and discussed from the types and features of membr ane structure building s,t he kinds of membr anes and other aspects.In addition the dev elopment of membrane structure architecture in t he 21st is prospected.Key words:membrane structure,membr ane material,co nstruct ion example#8#第30卷第15期2004年8月山西建筑。