膜结构是建筑结构中发展起来的一种形式,它以性能优良的织物为材料,或是向膜内充气,由空气压
力支撑膜面,或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧,从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间
的结构体系。自从1970年代以来, 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施
等大跨度建筑中。 膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。成为化纤纺织品应用的一个重要领域。
近年来在中国建筑结构中也有长足的进展。
大阪万国博览会中的美国馆采用了气承式空气 膜结构。这个拟椭圆形、轴线尺寸为 140m×83.5m的展
览馆是世界上个大跨度的 膜结构,而且是采用了聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物。作为一种
真正的现代工程结构,大阪万国博览会的展览馆标志着 膜结构时代的开始。自此以后, 膜结构在世界范
围内得到了迅猛的发展。从跨度来说,美国庞提亚克的"银色穹顶"气承式空气 膜结构的平面有234.9m×
183m,开始采用聚四氟乙烯(PTFE)涂层的玻璃纤维织物,类似的大型体育馆在北美就建了九座。从面积来说
,沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的悬挂膜结构占地42万m2。作为 膜结构一种新形式,索穹顶于1988年首先
用在汉城奥运会的体操馆与击剑馆,其后又在一些体育建筑中得到推广。千年穹顶以其独特的 膜结构,显
示了当今建筑技术与材料科学的发展水平。
发展中的中国膜结构
中国现代空间结构的发展受到了西方国家先进技术的影响。近几年来,在 膜结构应用上显示了活跃的趋
势。虽然一开始工程规模不大,但已逐渐扩展到更大的面积和跨度。所采用的技术与材料在某种程度上还
要依靠国外,但预计会有更多的工程依靠自己的力量来完成。
在过去十年中,中国的许多城市都在筹划建设新的体育设施。由于其重量很轻的优点, 膜结构往往被采
用。体育建筑可以说是 膜结构在中国应用的突破口。1997年之前,只建造了少量的小型与中型的 膜结构
,同年在上海举行的第七届全国运动会, 膜结构被用在主体育场的看台挑篷,总面积达36100m2。这是中
国次将膜材制成的屋顶用在大面积的性建筑上,具有深远的影响。当时涂PTFE的玻璃纤维膜材和
工程安装还借助于国外的力量。在上海体育场成功的建成后,虽然它的价格仍高于传统的结构,又出现了
一些膜结构屋顶的体育场。
颐中体育场座落在山东省的滨海城市青岛,这是中国个靠自己力量设计与施工的大型膜结构体育场
,外包尺寸为266m×180m,可容纳6万观众。悬挑40m的屋盖是一个包括膜、索和钢支承结构的典型张拉
体系,整个屋盖由70个锥形索膜单元组成,总面积为30000m2。
环顾整个中国大地,新的体育中心正在一个接一个的规划, 膜结构成为覆盖主体育场的优选,估计已有
十多个体育场采用。在大城市中有上海(虹口区足球场)、武汉、郑州和广州,在中小城市有烟台、威海和芜
湖。另一个适宜采用 膜结构的对象是室内体育馆,在中国还刚开始。在华北的秦皇岛体育馆是个采用
双层膜的工程,其平面呈椭圆形,长短轴各为112m与98m。最近的一个实例是成都的水上乐园。这个有
20000m2的大型建筑用来作为死海漂浮运动。一系列拱形钢桁架跨越115m,上覆以PVC聚酯织物。
膜结构曾被用于覆盖一些室内或室外的演出设施。大部分是由钢框架支承的张拉膜结构。建成的实例有
:长沙世界之窗剧场(3500m2)、深圳欢乐谷中心表演场(5800m2)、广州海洋世界海豚馆(2840m2)和天
津泰丰风雨剧场(1000m2)等。世界之窗剧场建成于1998年,是早期采用PVC覆面膜材的工程之一。
由于图内和国际上交流的扩展,需要许多新型的会议与展览建筑。1999年在深圳召开了中国高新技术成
果交易会,有两个面积为2400m2的馆采用了膜屋盖,显示了其轻质与透光的突出优点。在海南省的小镇博
鳌,由于有全世界重要人物参加的一系列高层会议在此举行而闻名。主会场即采用了膜结构,施工工期十
分紧迫,4000m2的膜屋盖在40天内完工。在广西壮族自治区首府南宁建造了国际会议展览中心。一个以膜
材覆盖的钢穹顶位于多功能大厅上空成为整个建筑物的焦点。钢结构内外两边采用双层的PTFE玻璃纤维织
物覆盖。
膜结构还可用来覆盖各种不同的小型建筑,如加油站、收费站、服务中心、大门入口以及遮阳设施等。
虽然每个工程的面积只有几百平方米,但工程的数量很多,把全国的工程加起来,膜的数量就很可观了。
中国膜材十年仍未突破
膜结构只有在材料问题得到解决之后才得以大量推广应用,因此关键问题是要提供满足功能要求、耐久
性好与经济的膜材。用于膜结构有二种主要建筑织物,即涂敷聚四氟乙烯(PTFE)的玻璃纤维织物和涂敷
聚乙烯(PVC)的聚酯织物。PTFE玻璃纤维织物具有强度高、半透明、耐火不燃以及自洁性好等优点。虽
然材料的保证年限是25年,但按照实际使用的经验,其期望的使用寿命将会更长。玻璃纤维膜材的缺
点是价格较贵。PVC聚酯织物与玻璃纤维织物相比,其强度等性能稍差,使用年限也较短,但价格却很便宜
,大约在1/5左右。加了改进其性能可在涂层外再加一层面层,聚偏氟乙烯(PVF)或聚偏二氟乙烯(PVDF
)。这种面层能保护织物抵抗紫外线的侵蚀,并改进其自洁性。
目前国内有好多厂家都能生产有PVC涂层聚酯织物,但其性能尚未能完全达到建筑织物的要求,作为建
筑用的性材料尚需进一步提高。据悉最近有些公司正在试制有PVDF面层的聚酯织物和PTFE玻璃纤维织
物,外观与性能都大有改进