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预见大市场:膜结构纺织品

日期:2013-09-24 12:01:18 / 人气:10

 膜结构是建筑结构中最新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的展览馆是世界上第一个大跨度的膜结构,而且是首次采用了聚氯乙烯(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。这是中国第一次将膜材制成的屋顶用在大面积的永久性建筑上,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鹏腾公司的力量。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,这是中国第一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第一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。缺乏标准和规范 
     
    要在中国进一步推广膜结构的应用,最主要的措施之一就是要制定标准和规范。由于大多数建筑师和工程师对这种新结构还不熟悉,标准规范可以作为设计与施工的指南。另外,这些技术文件将对制作与安装提出要求,并对允许误差作出规定。这将有助于保证膜结构的工程质量。这在中国有许多新的制造厂家进入这个行业之际显得尤其重要。 
     
    几年前,一些研究机构和高等学校已从事膜结构的研究与开发,并建立了技术储备。大规模的膜结构建设也为制作与安装提供了有益的经验。此外,美国、日本、法国等先进国家所制定的规范标准也是可贵的参考。所有这些有利条件为在中国编制一本技术规程做好了准备。在空间结构协会主持下,"膜结构技术规程"编制组于2001年9月成立,编制组成员包括了研究院、设计院、大学和制造厂的代表。此后,编制组进行了大量的编写工作。规程的草案在全国范围内征求意见并通过了专家组的审查。规程的主要内容包括:总则与基本规定、材料、结构分析、构造、制作、安装、工程验收以及维护和保养。这个规程将报送中国工程建设标准化协会批准,可用于所有膜结构的设计与施工。 
     
    发展过程艰难但前景乐观 
     
    从多年来国内外的实践经验来看,膜结构具有强大的生命力,必将是21世纪建筑结构发展的主流。预计最能发挥膜结构优势的应用领域有: 
     
    需要自然采光的公共建筑,如体育馆、训练房、游泳馆、展览厅等,膜材的透光性能很好地解决采光问题,又可节约能源,并给人以一种处于大自然环境中的感觉。 
     
    轻巧而美观的膜结构用于敞开或半敞开建筑物的遮蔽屋盖尤为适宜。近年来在足球、田径等比赛的体育场中,越来越多的看台挑篷都采用膜结构。国外很多露天剧院的舞台、博览会的展览馆也都以膜材作为顶盖。在我国广大地区的农贸市场也可大力推广膜结构。 
     
    各种类型的生产厂房与仓库,其尺寸都比较规则,因而可采用膜结构并加以定型化、商品化。这种建筑有运输、拆装方便的优点,对于紧急救灾或灾后重建也十分有用。 
     
    在改造原有建筑物时,膜结构的自重轻是很大的优点,可以用来代替传统的屋盖。它也可用来连接毗邻的房屋,例如在商场、广场、校园中,这将有效地扩大其建筑空间。 
     
    中国膜结构的发展规模是十分鼓舞人心的,从1995年开始,当年只造了一个面积为3300m2的膜结构。从1996至2001年,六年内建造的膜结构估计达370,000m2。由于一些大型体育场的建成,膜结构的建设以平均每年20%的速度增长。2003年建造的膜结构约为180,000m2。当膜结构第一次用于上海体育场时,恐怕有很少人会看到这在推动膜结构发展的潜力。此后,膜材被用在大小不等的体育场篷盖上,并占据了膜结构相当大的份额。最近广州新白云机场候机楼采用了膜材作为屋盖的一部分,就有巨大的58,000m2面积。候机大楼很可能成为膜结构的另一个潜在应用对象,因此有理由预测中国的膜结构将继续以每年15-20%速度增长。 
     
    展望将来,随着中国经济的增长和文化生活的不断丰富,将建造更多的具有新颖功能、形式多样的建筑。大部分工程项目将实行国际招标,这必将吸引不少国外的设计、咨询与施工单位来参与,无疑这会给中国带来新的概念和先进的技术。同时还可以进一步带动国产膜材的技术提升,也将为国内外膜材企业的交流与合作提供机会。

    由于2008年北京将举办奥运会,已有一批运动馆计划采用膜结构建筑。而2010年伤害举办世博会,将有100多个国家来参展,也需要建设一批永久性、半永久性建筑。2010年广州将举办亚运会,同样需要建设一定规模的运动场馆。可以预见:中国将面临建设膜结构建筑的高峰期,这将为我国膜结构纺织材料的发展提供极好的机遇。

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