膜結構在中國的發展歷史
時間:2015-06-15 01:23:38
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如今大家聽到膜結構都自然而然的聯想到膜結構生產出來的物品，例如膜結構停車棚，大型的游泳場，大型的體育中心，歌劇院等等都有膜結構的存在。那么您是否知道膜結構的由來的，膜結構在中國歷經了怎么的才衍生到今天這樣一個繁榮的景象呢。
膜結構(Membrane)是20世紀中期發展起來的一種新型建筑結構形式，是由多種高強薄膜材料(PVC或Teflon)及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結構，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類。充氣膜結構是靠室內不斷充氣，使室內外產生一定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱之間）,室內外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實現較大的跨度。張拉摸結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型，其造型非常優美靈活。
世界上第一座充氣膜結構建成于1946年，設計者為美國的沃爾特·勃德（W.Bird），這是一座直徑為15的充氣穹頂。1967年在德國斯圖加特召開的第一屆國際充氣結構會議，無疑給充氣膜結構的發展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結構建筑出現在1970年大阪世界博覽會上。其中具有代表性的有蓋格爾設計的美國館（137m×7m8卵形），以及川口衛設計的香腸形充氣構件膜結構。后來人們認為70年大阪博覽會是把膜結構系統地、商業性地向外界介紹的開始。大阪博覽會展示了人們可以用膜結構建造永久性建筑。而70年代初美國蓋格爾-勃格公司（Geiger-Berger Associates）開發出的符合美國永久建筑規范的特氟隆（Teflon）膜材料為膜結構廣泛應用于永久、半永久性建筑奠定了物質基礎。之后，用特氟隆材料做成的室內充氣式膜結構相繼出現在大中型體育館中，如1975年建成的密歇根州龐蒂亞克“銀色穹頂”（橢圓形220×159m），1988年建成的日本東京體育館（室內凈面積4，6767㎡）。
而中國現代空間結構的發展受到了西方國家先進技術的影響。近幾年來，在膜結構應用上顯示了活躍的趨勢。雖然一開始工程規模不大，但已逐漸擴展到更大的面積和跨度。所采用的技術與材料在某種程度上還要依靠國外，但預計會有更多的工程依靠自己的力量來完成。在過去十年中，中國的許多城市都在籌劃建設新的體育設施。由于其重量很輕的優點， 膜結構往往被采用。體育建筑可以說是膜結構在中國應用的突破口。1997年之前，只建造了少量的小型與中型的 膜結構，同年在上海舉行的第七屆全國運動會， 膜結構被用在主體育場的看臺挑篷，總面積達36100m2。這是中國第一次將膜材制成的屋頂用在大面積的永久性建筑上，具有深遠的影響。當時涂PTFE的玻璃纖維膜材、張拉膜和工程安裝還借助于國外的力量。在上海體育場成功的建成后，雖然它的價格仍高于傳統的結構，又出現了一些膜結構屋頂的體育場。頤中體育場坐落在山東省的濱海城市青島，這是中國第一個靠自己力量設計與施工的大型膜結構體育場，外包尺寸為266m×180m，可容納6萬觀眾。懸挑40m的屋蓋是一個包括膜、索和鋼支承結構的典型張拉體系，整個屋蓋由70個錐形索膜單元組成，總面積為30000m2。環顧整個中國大地，新的體育中心正在一個接一個的規劃， 膜結構成為覆蓋主體育場的優選，估計已有十多個體育場采用。在大城市中有上海（虹口區足球場）、武漢、鄭州和廣州，在中小城市有煙臺、威海和蕪湖。另一個適宜采用 膜結構的對象是室內體育館，在中國還剛開始。在華北的秦皇島體育館是第一個采用雙層膜的工程，其平面呈橢圓形，長短軸各為112m與98m。最近的一個實例是成都的水上樂園。這個有20000m2的大型建筑用來作為死海漂浮運動。一系列拱形鋼桁架跨越115m，上覆以PVC聚酯織物。
膜結構工程曾被用于覆蓋一些室內或室外的演出設施。大部分是由鋼框架支承的張拉膜結構。建成的實例有：長沙世界之窗劇場（3500m2）、深圳歡樂谷中心表演場（5800m2）、廣州海洋世界海豚館（2840m2）和天津泰豐風雨劇場（1000m2）等。世界之窗劇場建成于1998年，是早期采用PVC覆面膜材的工程之一。由于國內和國際上交流的擴展，需要許多新型的會議與展覽建筑。1999年在深圳召開了中國高新技術成果交易會，有兩個面積為2400m2的館采用了膜屋蓋，顯示了其輕質與透光的突出優點。在海南省的小鎮博鰲，由于有全世界重要人物參加的一系列高層會議在此舉行而聞名。主會場即采用了膜結構，施工工期十分緊迫，4000m2的膜屋蓋在40天內完工。在廣西壯族自治區首府南寧建造了國際會議展覽中心。一個以膜材覆蓋的鋼穹頂位于多功能大廳上空成為整個建筑物的焦點。鋼結構內外兩邊采用雙層的PTFE玻璃纖維織物覆蓋。膜結構工程還可用來覆蓋各種不同的小型建筑，如加油站、收費站、服務中心、大門入口以及遮陽設施等。雖然每個工程的面積只有幾百平方米，但工程的數量很多，把全國的工程加起來，膜的數量就很可觀了。中國膜材十年仍未突破 膜結構只有在材料問題得到解決之后才得以大量推廣應用，因此關鍵問題是要提供滿足功能要求、耐久性好與經濟的膜材。用于膜結構有二種主要建筑織物，即涂敷聚四氟乙烯（PTFE）的玻璃纖維織物和涂敷聚乙烯（PVC）的聚酯織物。PTFE玻璃纖維織物具有強度高、半透明、耐火不燃以及自潔性好等優點。雖然材料的保證年限是25年，但按照實際使用的經驗，其期望的使用壽命將會更長。玻璃纖維膜材的唯一缺點是價格較貴。PVC聚酯織物與玻璃纖維織物相比，其強度等性能稍差，使用年限也較短，但價格卻很便宜，大約在1/5左右。加了改進其性能可在涂層外再加一層面層，聚偏氟乙烯（PVF）或聚偏二氟乙烯（PVDF）。這種面層能保護織物抵抗紫外線的侵蝕，并改進其自潔性。目前國內有好多廠家都能生產有PVC涂層聚酯織物，但其性能尚未能完全達到建筑織物的要求，作為建筑用的永久性材料尚需進一步提高。據悉最近有些公司正在試制有PVDF面層的聚酯織物和PTFE玻璃纖維織物，外觀與性能都大有改進。
近一段時間來，國外媒體表現出了對中國建筑設計前所未有的關注。2005年12月23日的美國《商業周刊》評選出了中國十大新建筑奇跡，包括北京奧體主會場、國家游泳中心、北京首都國際機場、上海世界金融中心、國家大劇院、中央電視臺、上海崇明東灘生態城、當代MOMA、長城腳下的公社、東海大橋（上海)。其中地處北京的建筑就有七家之多。“中國正逐步成為當今最具有創意性建筑和工程設計的舞臺。”中國建筑事業的發展，正在為今日最頂尖建筑及工藝技術創造一個舞臺。報道首先分析了中國新建筑崛起的經濟原因和外部環境。文章說，當全球矚目北京2008年奧運會時，不單是世界上最快以及最具實力的運動員們正在為爭取最高榮譽而加緊努力，新一代的創新建筑也正在北京的土地上拔地而起。由于蒸蒸日上的經濟的強大支持，世界上最大的航空港、有節能環保的建筑及世界上最高的室外觀光臺等將很快一一落戶中國。文章列舉評選結果說，2008年以前完工的國家游泳中心（水立方）、國家體育場（鳥巢）、國家大劇院等中國公眾十分熟悉的知名場館更理所當然地進入了“十大”之列。從對它們的評價與介紹中可以看到評選者對追求環保、自然的推崇。比如被稱為“水立方”的國家游泳中心，是節能環保型的建筑。游泳池內的水將由太陽能加熱，泳池的雙重過濾裝置可實現水的再利用，就連多余的雨水也將被收集和儲存在地下的水池中。復雜的工程系統和彎曲的鋼結構使得外部結構像一個泡沫，這種獨特的結構設計使得“水立方”幾乎經得起任何地震的襲擊。文章介紹“鳥巢”時寫道,為讓北京奧運會主會場這個有著91000個座位的、可能是至今最大的環保型體育場獲得自然通風，建筑師從自然中獲得了靈感，獨創了一個未完全密封，但同樣能為觀眾和運動員遮風擋雨的外殼。體育場的外觀猶如一個由枝條編織而成的鳥巢；而其內部，從休息室到飯店，每一個分開的空間都是一個獨立的單元，從而使自然空氣的流通成為可能。文章指出，作為全國最具流行色彩的城市，北京吸引了很多知名建筑大師成就事業。入選的北京“長城腳下的公社”，是由12名亞洲杰出建筑師設計建造的當代建筑藝術作品。北京“當代MOMA”的設計表明了環保創新技術在住宅中應用和它所代表的建筑發展新趨勢，堪稱大型可持續發展住宅建筑的典范。它采用世界上最大的地源熱泵系統，將用來幫助這個由第20層的咖啡館、干洗店等系列服務設施連接起來的8幢建筑組成的小區，采用最為節能的方式保持恒濕恒溫，這是這座建筑的一大亮點。住宅單元還有一大亮點，就是可再利用廢水，將廚房和洗臉盆的廢水過濾，衛生間循環利用。
總結性的來說：中國膜結構的發展規模是十分鼓舞人心的，從1995年開始，當年只造了一個面積為3300m2的膜結構。從1996至2001年，六年內建造的膜結構估計達370,000m2。由于一些大型體育場的建成，膜結構的建設以平均每年20％的速度增長。2003年建造的膜結構約為180,000m2。當膜結構第一次用于上海體育場時，恐怕有很少人會看到這在推動膜結構發展的潛力。此后，膜材被用在大小不等的體育場篷蓋上，浙江車棚并占據了膜結構相當大的份額。最近廣州新白云機場候機樓采用了膜材作為屋蓋的一部分，就有巨大的58,000m2面積。候機大樓很可能成為膜結構的另一個潛在應用對象，因此有理由預測中國的膜結構將繼續以每年15-20％速度增長。展望將來，隨著中國經濟的增長和文化生活的不斷豐富，將建造更多的具有新穎功能、形式多樣的建筑。例如，北京將舉力2008年奧運會，江蘇車棚按照規劃需要32體育場館，其中19個是新建的。正在規劃的奧林匹克公園將包括國家體育場、國家體育館、國家游泳中心、國際展覽中心等項目。此外，2010年的世界博覽會在上海舉行，各種類型的展覽館將由世界各國來建設。大部分工程項目將實行國際招標。由于膜結構所獨有的特點，它將會以更大的規模增長。通過其發展，中國與世界的交流和合作也將不斷壯大。
