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膜结构的国际应用状况

日期:2015-6-16 13:35:03 | 阅读:674

膜结构是一种全新的空间结构形式,造型丰富、充满张力、空间自由灵活、重量轻、抗震性能好、建设周期短。因此许多国家的奥运会、世博会、园艺会的场馆和其他民用建筑越来越多地采用膜结构。
现代意义上的膜结构起源于20世纪初。1917年英国人W.Lanchester提出了用鼓风机吹胀膜布用作野战医院的设想,并申请了专利。但当时这个发明只是一种构想。直到1946年,该专利的第一个产品才正式问世,这就是Watler Bird为美国军方设计制作的一个直径
15m的球形充气雷达罩(图1.1)。1957年他又将自家的游泳池罩在了一个充气膜结构中,并在美国的生活杂志上作了介绍,从此这种结构形式开始被世人所认识。
 
图1.1美国军方球形充气雷达罩
20世纪50年代,德国建筑师Otto创立了预应力膜结构,并在帐篷制造公司的支持下完成了一系列张拉膜结构。Otto的第一个现代张拉膜结构是1955年为德国联邦园艺博览会设计的一个临时性音乐台。1957年他又为另一届博览会设计了更复杂的场馆入口挑篷及音乐台(图1.2)。随后,Otto将张拉索-膜结构技术又向前推进了一步,将索网引入张拉膜结构中,1967年设计完成的加拿大Montreal博览会的德国馆就是其中一例(图1.3)。该结构平面变化极为自由,索网屋面或支或挂在11根布置灵活的桅杆上。那高耸的桅杆、变幻的曲面以及那富有机械技术表现力的节点形式给人以强烈的艺术感染力,使其成为20世纪最具影响力的建筑之一。德国馆的成功也使建筑师Otto享誉世界。1972年Otto与Behnisch合作完成的Munich奥林匹克中心(图1.4)为其又一力作。该结构的形式与德国馆类似,不过,在该设计中他解决了柔性索网屋面与刚性玻璃幕墙的连接构造问题,使游泳池成为全封闭的室内空间。这两个设计向人们展示了柔性张拉结构及其丰富的艺术表现力,也使得Otto成为膜技术的先驱者[2]。
图1.2 德国联邦园艺博览会音乐台
 
图1.3加拿大Montreal博览会德国馆
 
图1.4 Munich奥林匹克中心
膜结构的第一次集中展示并引起社会广泛关注与兴趣的是在1970年日本大阪万国博览会上。由于日本是个多地震国家,且博览会会址的地质条件较差,各国建筑师与工程师便纷纷选择了膜结构这种自重轻、抗震性能好、施工速度快且形态各异的结构形式作为临时展馆,如巨大而扁平的美国馆(图1.5)、彩虹状的富士馆(图1.6)、蘑菇形的休息大厅、云一样的节日广场等。博览会上的美国馆是一个椭圆形充气膜结构,139mX78m无柱大厅的屋面由32根沿对角线交叉布置的钢索和膜布所覆盖。整个工程只用不到10个月时间就完成了,该设计不仅表现了膜结构非凡的跨越能力,而且表现了其很好的经济性。富士馆采用的是气肋式膜结构,平面为圆形,直径50m,由16根直径4m、长78m的拱形气肋围成,气肋间每隔4m用宽500mm的水平系带把它们环箍在一起。中间气肋呈半圆拱形,端部气肋向圆形平面外突出,最高点向外突出7m。这也是迄今为止建成的最大的气肋式充气膜结构。这次博览会是薄膜结构系统的、商业化的向外界展示的开始,是建筑业的一次革命,极大地推动了薄膜结构的工程应用。
图1.5美国馆
图1.6 彩虹状的富士馆
在1989年的美国San Diego会议中心首次使用了“飞柱”(图1.7),由5个91.5mX18.3m的张拉膜单元形成了宽敞无柱的大空间。该会议中心包括展览厅、音乐厅及宴会厅等,素有美国的“悉尼歌剧院”之美称(图1.8)。而1993年建成的Denver国际机场候机大厅(图1.9)则被看做寒冷地区大型封闭张拉膜结构的成功范例。其平面尺寸为305mX67m,由17个连成一排的双支帐篷膜单元屋顶所覆盖。屋顶由双层PTFE膜材构成,中间间隔600mm的空气层,保证了大厅内温暖舒适并且不受飞机起落所产生的噪音的影响。设计中利用直径达1m的充气软管解决了膜屋顶与幕墙之间相对位移时的构造连接问题。
图1.7  San Diego会议中心飞柱
图1.8  San Diego会议中心
图1.9 Denver国际机场候机大厅
1986年建成的韩国汉城(现称首尔)亚运会的体操馆(直径120m)及击剑馆(直径90m)首次采用了索穹顶(图1.10)[4]。
图1.10  索穹顶
20世纪末,为迎接千禧年的到来,在伦敦的格林尼治半岛北端建造了千年穹顶(图1.11)。穹顶周长1km,直径365m,覆盖面积100000m2,中心高度为50m,由12根100m高的钢桅杆将圆球形膜屋顶吊起,这座穹顶集中体现了20世纪建筑技术的精华。
图1.11  千年穹顶
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