淺論建筑裝飾新語素——膜結構

修劍平 鞠廣東

[摘 要]膜結構是建筑結構中最新發展起來的一種形式,它以性能優良的織物為材料,或是向膜內充氣,由空氣壓力支撐膜面,或是利用柔性鋼索或剛性支撐結構將面繃緊,從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系。

[關鍵詞]膜結構 玻璃纖維 規模

作者簡介:鞠廣東,男 ,生于河北省滄州,2002年畢業于天津美術學院環境藝術設計系,現任河北大學影視藝術學院美術系,教師。中國建筑學會室內設計分會會員,河北省美術家協會會員;修劍平 ,男 ,黑龍江省雞西人。2003年7月畢業于天津美術學院環境藝術設計系,2005年7月取得天津美院環藝專業碩士學歷。現就職于天津輕工職業技術學院藝術工程系,助教;中國室內裝飾協會高級室內設計師。

大阪萬國博覽會中的美國館采用不著氣承式空氣膜結構。這個擬橢圓、軸線尺寸為140m*83.5m的展覽館是世界上第一個大跨度的膜結構,而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂層的玻璃纖維織物。作為一種真正的現代工程結構,大阪萬國博物會的展覽館標志著膜結構時代的開始。從自以后,膜結構在世界范圍內得到了迅猛的發展。從跨度來說,美國寵提亞克的“銀色穹頂”氣承式空氣膜結構的平面有234.9m*183m,開始采用聚氯乙烯(PVC)涂層的玻璃纖維織物,類似的大型體育館在北美就建了九座。從面積來說,沙特阿拉伯吉大機場大廳的懸掛膜結構占地42萬平方米。作為膜結構的一種新形式,索穹頂于1988年首先用在漢城奧運會的體操館與擊劍館,其后又在一些體育建筑中得到推廣,例如1996年亞特蘭大奧運會的“佐治亞穹頂”,擬橢圓形的尺寸達240m*193m。為了慶祝新千年的到來,英國在倫敦建成了直徑達320m的“千氣穹頂”。整個展覽大廳總面積為8萬平方米。覆蓋其上的是72塊聚氯乙烯(PVC)涂層的玻璃纖維織物板,千年穹頂以其獨特的膜結構,顯示了當今建筑技術與材料科學的發展水平。

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。

膜材:

膜結構只有在材料問題行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氯乙烯(PVC)的聚脂織物。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的特點。雖然材料的保證年限是25年,但按照實際使用的經驗,實際使用壽命將會更長。玻璃纖維膜材的唯一缺點是價格較貴。PVC聚脂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。為了改進其性能可在涂層外再加一層面層,聚氟乙烯(PVF)或聚偏氟乙烯(PVDF)。這種面層能保護織物抵搞紫外線的侵蝕,并改進其自潔性。

目前國內有好多廠家都能生產PVC 涂層的聚脂織物,但其性能尚未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。最近有些公司正在試制PVC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。

發展前景:

從多年國內外的實踐經驗來看,膜結構具有強大的生命力,必將是21世紀建筑結構發展的主流。預計最能發揮膜結構優勢的應用領域有:

1.需要自然采光的公共建筑,如體育館、訓練房、展覽廳等,膜材的透性能很好地解決采光問題,又可節約能源,并給人以生種處于大自然環境中的感覺。

2.輕而美觀的膜結構用于敞開或半敞開建筑物的遮蔽屋蓋尤為適宜。近年業在足球、田徑等比賽的體育場中,越來越多的看挑篷采用膜結構。國外很多露天劇院的舞臺、博覽會的展覽館也都以膜材作為頂蓋。在我國廣大地區的農貿市場也可大力推廣膜結構。

3.各種類型的生產廠房與倉庫,其尺寸都比較規則,因而可有用膜結構并加以定型化、商品化。這種建筑有運輸、拆裝方便的優點,對于緊急救災或災后重建也十分有用。

4.在改造原有建筑物時,膜結構的自重輕是很大的優點,可以用來代替傳統的屋蓋。它也可用來連接毗鄰的房屋,例如在商場、廣場、校園中,這將有效地擴大其建筑空間。

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3300平方米的膜結構。從1996年到2001年,六年內建造的膜結構估計達370,000平方米。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180,000平方米。當膜結構第一次用于上海體育場時,恐怕有很少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,并占據了膜結構相當大的份額。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58,000平方米面積。候機大樓很可能有心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%的速度增長。

展望未來,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、形式多新的建筑。例如,北京舉力2008年奧運會,按照規劃需要32體育場館,其中19個是新建的。奧林匹克公園包括國家體育場、國家體育館、國家游泳中心、國際展覽中心等項目。此外,2010年的世界博覽會將在上海舉行,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際,這必將吸引不少國外的設計、咨詢與施工單位來參與,無疑這會給中國不定期來新的概念和先進的技術。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。

參考文獻

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