膜结构——21世纪的宠儿

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摘要：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。
关键词：膜结构 玻璃纤维 规模

　　大阪万国博览会中的美国馆采用不着气承式空气膜结构。这个拟椭圆、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，大阪万国博物会的展览馆标志着膜结构时代的开始。从自以后，膜结构在世界范围内得到了迅猛的发展。从跨度来说，美国宠提亚克的“银色穹顶”气承式空气膜结构的平面有234.9m*183m，开始采用聚氯乙烯（PVC）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大厅的悬挂膜结构占地42万平方米。作为膜结构的一种新形式，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，例如1996年亚特兰大奥运会的“佐治亚穹顶”，拟椭圆形的尺寸达240m*193m。为了庆祝新千年的到来，英国在伦敦建成了直径达320m的“千气穹顶”。整个展览大厅总面积为8万平方米。覆盖其上的是72块聚氯乙烯（PVC）涂层的玻璃纤维织物板，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。

　　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。

　　2）膜材

　　膜结构只有在材料问题行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氯乙烯（PVC）的聚脂织物。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的特点。虽然材料的保证年限是25年，但按照实际使用的经验，实际使用寿命将会更长。玻璃纤维膜材的唯一缺点是价格较贵。PVC聚脂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。为了改进其性能可在涂层外再加一层面层，聚氟乙烯（PVF）或聚偏氟乙烯（PVDF）。这种面层能保护织物抵搞紫外线的侵蚀，并改进其自洁性。

　　目前国内有好多厂家都能生产PVC 涂层的聚脂织物，但其性能尚未完全达到建筑织物的要求，作为建筑用的永久性材料尚需进一步提高。最近有些公司正在试制PVC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。

　　3）发展前景

　　从多年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：

　　1，需要自然采光的公共建筑，如体育馆、训练房、展览厅等，膜材的透性能很好地解决采光问题，又可节约能源，并给人以生种处于大自然环境中的感觉。

　　2，轻而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。近年业在足球、田径等比赛的体育场中，越来越多的看挑篷采用膜结构。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。

　　3，各种类型的生产厂房与仓库，其尺寸都比较规则，因而可有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。

　　4，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3300平方米的膜结构。从1996年到2001年，六年内建造的膜结构估计达370，000平方米。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180，000平方米。当膜结构第一次用于上海体育场时，恐怕有很少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。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58，000平方米面积。候机大楼很可能有心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%的速度增长。

　　展望未来，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、形式多新的建筑。例如，北京将举力2008年奥运会，按照规划需要32体育场馆，其中19个是新建的。正在规划的奥林匹克公园将包括国家体育场、国家体育馆、国家游泳中心、国际展览中心等项目。此外，2010年的世界博览会将在上海举行，各种类型的展览馆将由世界各国来建设。大部分工程项目将实行国际招际，这必将吸引不少国外的设计、咨询与施工单位来参与，无疑这会给中国不定期来新的概念和先进的技术。由于膜结构所独有的特点，它将会以更大的规模增长。通过其发展，中国与世界的交流和合作也将不断壮大。