膜结构建筑的发展与应用

Ａｒｔｉｃｌｅｓ　ｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　膜结构建筑的发展与应用　口文／广州军区建筑设计院膜结构是２Ｏ世纪中期发展起来的一种新型建筑结　构形式，是由多种高强薄膜材料及钢加强构件通过一　定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间　形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的　・王泉蔡长赓　展，使膜结构建筑具有明显的特点：　１．有较好的抗拉强度和撕裂强度　０．６ｍｍ厚、３０ｍｍ宽的ＰＴＦＥ型膜材，其经向抗　拉强度为４５５０Ｎ，撕裂强度为３３５Ｎ；０　８ｍｍ厚、５０ｍｍ　宽的ＰＶＣ膜材，其经向抗拉强度为４２００Ｎ，撕裂强度　种空问结构形式。膜结构分为充气膜结构和张拉膜　结构两大类。　一为５５０Ｎ。这说明目前的优质膜材，其拉伸强度已接近　钢材的强度，但其弹性模量较低。　２．有较好的阻燃和自洁性　由ＰＴＦ　Ｅ深层和玻璃纤维复合而成的特氟隆膜　材，因玻璃纤维有高强度和较高的不燃性，具有稳定　，膜结构的发展　在２０世纪中期，随着化学工业的发展，以聚氯乙　烯（ＰＶｃ），聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）为代表的高分子化　Ｊ　产品日渐成熟，加之复合材料工艺的进步，使作为　屋面的膜材综合性能得以改善和提高，为膜结构作为　一的化学性能，耐腐蚀、抗脏污；ＰＶＣ膜材表面涂有聚　偏二氟乙烯薄膜，有较强的抗腐蚀和抗污能力。膜结　构建筑表明，经雨水冲刷后，能达到自洁的效果。　３．透光性好，耐热性强　膜材有良好的透光率，一般为５％～２０％，建筑空　间白天得到Ｉ１然散射Ｅｔ光，可节约照明能源。膜材具　有反射作用，可节约空调能源。特氟隆膜材在１００～　１２０℃下能保持性能不变；低温一３０℃时，ＰＶＣ膜材　不会变脆。在寒冷地区，采用双层膜结构，有较好的　种建筑形式出现打下了良好的物质基础。　１９４６年美国建成ｒ＿一座直径为１５ｍ的亢气穹顶，　这是世界　第・座充气膜结构。随后备式各样的充气　膜结构建筑不断涌现。１９７５年美国建成２２０ｍ×６８ｍ　的银色穹顶；１９８３年加拿大建成气象式膜结构ＢＣ馆，　馆　２３２ｍ、宽１９０ｍ，４万ｍ：的屋顶采用膜结构，是　充气结构中面积较大的建筑；１９８８年日本建成东京体　育馆穹顶。我国也在北京燕化培训中心建成充气游泳　馆。　保温隔热效果，使膜结构建筑不受季节、气候变化的　影响。　１　９５５年德国建成张拉膜结构跨度２５ｍ的联合公　园多功能展厅。ｌ９８１年沙特阿拉伯建成吉达国际航空　４有较好的工艺性能　膜材强度高，厚度为０．５～１ｍｍ，单位重量约为　０．５～１．５ｋｇ／ｍ　，仅为传统覆盖材料重量的１／３０。由　于重量轻，大大减少了对墙、柱等支承构件及基础的　港，其膜面积为４２７５０ｍ　，由２１个锥体组成，每个锥　体平面尺寸为４５ｍ×４５ｍ。１９９３年美国新丹佛国际机　场的候机大厅等建筑均由膜顶覆盖，面积为３５０００ｍ：，　由ｌ７个单元体构成，柱跨１　ｌ　５ｍ，长度为３０５ｍ。ｌ９９６　年美国亚特兰大奥运会主会场，椭圆形平面尺寸为　２３５ｍ×ｌ　８６ｍ，总面积为４３７１Ｏｍ　，全部为膜穹顶。　要求，其骨架和支承体系多采用轻钢结构，加工制作　和安装都比较容易，膜材能打卷搬运，安装施工较为　简易快捷，不仅能加快工程进度，也大大降低成本。　５有较好的造型　膜结构可结合各种自然条件，发挥建筑师的创　意，建造出造型优美活泼、外观雅致飘逸、空间开阔　通透、结构轻盈的曲线和造型。充分体现出膜结构建　筑的艺术性、实用性和经济性。　１　９９７年我国建成上海体育馆，屋面水平投影面积为　３７０００ｍ！，由５７个伞状拉索膜结构组成。　二，膜结构的特点　由于高性能膜材的出现和计算机技术的飞速发　维普资讯 http://www.cqvip.com

三．膜结构设计　万ｍ：；杭州游泳馆分为网球场和游泳馆，网球场膜屋　膜结构设计包括体形设计　初始平衡形状分析、　盖投影面积为７２ｍ×２８　２ｍ，覆盖单层膜材，游泳馆　建筑投影面积５８．６ｍ×６９．１７ｍ，在钢桁架上铺双层　荷载分析和裁剪分析等四方面。　通过体形设计确定建筑平面形状尺寸、三维造　型、净空体量，确定各控制点的坐标、结构形式，选　用膜材和施工方案。　膜材本身没有抗压和抗弯刚度，抗剪强度也较　差，因此其刚度和稳定性要靠膜曲面的曲率变化和其　中预张应力来提高。膜曲面形状必须满足在一定边界　条件、一定预应力条件下的力学平衡，并以此为基准　进行荷载分析和裁剪分析。膜结构找形分析的方法有　动力松弛法、力密度法和有限单元法等。　膜结构考虑的荷载一般是风荷载和雪荷载，在荷　载作用下膜材的变形较大，随着形状的改变，荷载分　布也在改变，要精确计算结构的变形和应力要用几何　空间膜：天津开发区泰达体育场看台，看台顶膜总面　积Ｉ４００ｍ　，北看台７９０ｍ　，南看台６ＩＯｍ　，每个看台　分别由１４个连体倒撑伞组成。此外，武汉体育场是上　下环梁和内环索支承的波形膜层盖，浙江义乌体育会　展中心是４根桅杆上伸出斜拉索悬吊两片梭状膜屋　盖，深圳大学体育场、常熟外语学校体育场也采用了　膜结构。威海体育场准备采用３４根桅杆支撑的组合　锥形膜结构看台，南宁等地的体育场均考虑了膜结构　方案。　在文化娱乐设施方面有：苏州音乐广场、广州东　风公园游乐场、广州芳村音乐广场、广州华南新城中　心广场、广州动物园海豚馆、长沙世界之窗剧场等。　在交通设施方面有：天津北塘公路收费站、哈尔　滨高速公路收费站、河北省某加油站、广州西堤客轮　站等建筑。　在标志性和小品建筑方面有：哈尔滨凯莱广场、　上海莘庄便民服务中心、福建漳，ｌｆ・ｌ花博会主席台、深　非线性的方法进行。荷载分析的另一目的是确定索、　膜初始预张力。膜材比较轻柔、自振频率低，在风荷　载作用下易产生风振，导致膜材破坏，若初始预应力　施加过高，膜材徐变加大，容易老化，同时对受力构　件强度要求高，增加施工安装难度。因此初始预应力　的确定要通过荷载计算束确定。　经过找形分析而形成的膜结构通常为三维不可展　空间曲面，如何通过二维材料的裁剪，张拉形成所需　圳福田中心区展览馆连廊、广州花博会、天津保税区　区门标等建筑。　海南琼海博鳘亚洲论坛主会场采用脊谷张拉式膜　结构，其平面为长６５ｍ、宽６０ｍ的矩形，总面积近　４０００ｍ！，整座结构中央由６根主柱支撑，周边采用撑　杆加拉素的形式，工期仅４Ｏ天，是大会专门建造的临　要的三维空间曲面，是整个膜结构工程中关键的一　环，也是裁剪分析的主要内容。　四．膜结构在我国的应用　膜结构作为一种现代化的工程结构，显示了当夸　建筑技术与科学的发展水平，也具有巨大的发展潜　力。我国自１９９５年引入膜结构建筑以来，已在各地公　共建筑中广泛采用。　在体育设施方面有：秦皇岛体育馆采用双层索膜　建筑，椭圆形平面的长轴ｌｌ２ｍ，短轴为９８ｍ，索膜　时建筑，也是我国较大的单体膜结构建筑。　在昆明世博园艺术广场还建成了我国第一个动态　膜结构，该膜结构能随音乐和节目改变屋顶的形态，　给人耳目一新的感觉。　五、结语　膜结构是一种新型建筑形式，膜材每一进步都和　ｌｆ，￣ｌ关。目前欧美和Ｅｔ本的膜材制　覆盖面积３ｌＯＯｍ　烟台体育中心体育场挑篷，４万人　化学工业的发展息　固定座席，椭圆形平面，外圈的长短轴尺寸为２６３ｍ　×２３１ｍ，内圈为２Ｏｌｍ×ｌ４６ｍ，大悬挑长４４．９ｍ，　最小悬挑长３０　４ｍ；广州黄埔体育场挑篷，该场长轴　２１７ｍ，短轴１７９ｍ，观众座位１．５万个，结构向内悬　造业已达到很高的水平，我国的膜材质量和性能还相　对落后一些，而在我国北京　天津、南京　广州和浙　江等地一批相关企业，正在积极努力与科研单位或大　学合作，不断改进和创造新型膜材，“素膜建筑工程技　术规程　编制工作已经启动，相信不久的未来，我国　膜材产：品质量将得到提高，膜结构建筑市场将出现更　加灿烂的前景。　挑长１５ｍ～２１ｍ，后部向外悬挑５　ｍ，两个伞形薄膜　单元，覆盖面积为１　Ｏ００ｍ　：青岛颐中体育场素膜挑　篷，建筑长轴为２６６ｍ，短轴为ｌ８０ｍ，覆盖面积约３　一一