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膜结构从帐篷到永久性建筑

日期:2015-5-19 13:49:58 | 阅读:664

  过去人们习惯地把膜结构看作是个帐篷,而帐篷只能算是一个临时性建筑--不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了,其中的关键问题就是材料。
当初大阪博览会上的美国馆,由于是临时性的展览建筑,采用的膜材是涂覆聚氯乙烯(PVC)的玻璃纤维织物,算不上先进,但在强度上也经受了两次速度高达每小时140km以上台风的考验。通过这个工程使设计者认识到,需要一种强度更高、耐久性更好、不燃、透光和能自洁的建筑织物,70年代美国制造商开发的玻璃纤维织物即满足了如上的要求。主要的改进是涂覆的面层采用了聚四氟乙烯(PTFE,商品名Teflon一特氟隆)。这种材料于1973年首次应用于美国加利福尼亚拉维思学院一个学生活动中心的屋顶上。经过20多年的考验,材料还保持着70-80%的强度,仍然透光并且没有褪色,拉维恩学院膜结构的使用经验表明,涂覆PTEE面层的玻璃纤维织物,不但有足够的强度承受张力,在使用功能上也具有很好的耐久性,从乐观的估计来说,这种材料的使用年限将远不止当初所估计的25年。
  与此同时,一种价格比较低、涂覆PVC的聚酯织物在性能上也有很大的改进。制造商在原来的涂层外面再加一面层,比较成熟的有聚氟乙烯(PVF,商品名Tediar)和聚偏氟乙烯(PVDF),这种面层不但能保护织物抵抗紫外线,而且大大地改进了自洁性,这样就把聚酯织物的使用年限提高到15年;得以在永久性建筑中使用。
  1975年在美国密执安州庞提亚克兴建了平面尺寸243.9X183m的银色穹顶,这是第一次将气承式膜结构应用于永久性的大型体育馆。其后在北美地区,类似的膜结构就建了9座,其中象美国的明尼阿波利斯和加拿大的温哥华均位于北方地区。虽然象这样的充气结构也发生过几次不愉快的坍塌事故,但是膜结构终于登堂入室,进入永久性建筑的行列。日本在徘徊了10多年之后,也在1988年修建东京后乐园棒球场时采用了气承式膜结构
  早期修建的膜结构大多是开敞式或位于气候温和的地区,还没有充份发挥膜材的围护能力,那么在寒冷和多雪地区,将是对膜结构作为永久性建筑的真正考验。1983年在加拿大加尔格里建成的林赛公园体育中心就是一个例证。在这座椭圆形的建筑中,游泳馆和田径馆各占一半,以一根横跨122m的格构式钢拱将两者分开。在钢拱与周边圈梁之间的钢索网支承着折线形的膜材屋面,采用涂覆PTEE的玻璃纤维织物,索网下设有纤维棉的保暖层,屋顶不但能防寒,还能透过4%的光线,这就足以在白天不用人工采光。此外在保暖层下面还有一层很薄的蒸气绝缘层,能起吸音作用。

  位于号称日本雪国的秋田县,最深积雪可达150cm。1990年建造了天空穹顶体育馆,其外形从球体截取,长边为130m、短边为100m。这座体育馆的设计构思来源于当地著名的雪窑洞,但置身其中又有在户外的感觉。屋盖承重是正交的格构式空间拱系,沿长方向采用空腹拱并设有钢索,沿短方向采用钢管拱。长向钢索被用来对膜面施加张力,同时与骨架在屋面形成V形槽沟,以便于雪滑落。紧贴屋面的钢管拱被用作输送暖风的通道,既起到融雪的作用,也解决了膜面的结露问题。膜材为单层玻璃纤维织物,透光率可达10%,在场中仰望屋顶,给人以通透明亮的感觉。在寒冷地区建造大跨度膜结构,秋田天空穹顶是一个成功的范例。  

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