膜結(jié)構(gòu)在中國(guó)的發(fā)展歷史

如今大家聽到膜結(jié)構(gòu)都自然而然的聯(lián)想到膜結(jié)構(gòu)生產(chǎn)出來(lái)的物品，例如膜結(jié)構(gòu)停車棚，大型的游泳場(chǎng)，大型的體育中心，歌劇院等等都有膜結(jié)構(gòu)的存在。那么您是否知道膜結(jié)構(gòu)的由來(lái)的，膜結(jié)構(gòu)在中國(guó)歷經(jīng)了什么才衍生到今天這樣一個(gè)繁榮的景象呢。
膜結(jié)構(gòu)(Membrane)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，是由多種高強(qiáng)薄膜材料(PVC或Teflon)及加強(qiáng)構(gòu)件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過(guò)一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結(jié)構(gòu)，并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)可分為充氣膜結(jié)構(gòu)和張拉膜結(jié)構(gòu)兩大類。充氣膜結(jié)構(gòu)是靠室內(nèi)不斷充氣，使室內(nèi)外產(chǎn)生一定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱之間）,室內(nèi)外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實(shí)現(xiàn)較大的跨度。張拉摸結(jié)構(gòu)則通過(guò)柱及鋼架支承或鋼索張拉成型，其造型非常優(yōu)美靈活。
世界上第一座充氣膜結(jié)構(gòu)建成于1946年，設(shè)計(jì)者為美國(guó)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(guó)斯圖加特召開的第一屆國(guó)際充氣結(jié)構(gòu)會(huì)議，無(wú)疑給充氣膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)在1970年大阪世界博覽會(huì)上。其中具有代表性的有蓋格爾設(shè)計(jì)的美國(guó)館（137m×7m8卵形），以及川口衛(wèi)設(shè)計(jì)的香腸形充氣構(gòu)件膜結(jié)構(gòu)。后來(lái)人們認(rèn)為70年大阪博覽會(huì)是把膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地、商業(yè)性地向外界介紹的開始。大阪博覽會(huì)展示了人們可以用膜結(jié)構(gòu)建造永久性建筑。而70年代初美國(guó)蓋格爾-勃格公司（Geiger-Berger Associates）開發(fā)出的符合美國(guó)永久建筑規(guī)范的特氟?。═eflon）膜材料為膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于永久、半永久性建筑奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。之后，用特氟隆材料做成的室內(nèi)充氣式膜結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)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(nèi)凈面積4，6767㎡）。

而中國(guó)現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到了西方國(guó)家先進(jìn)技術(shù)的影響。近幾年來(lái)，在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用上顯示了活躍的趨勢(shì)。雖然一開始工程規(guī)模不大，但已逐漸擴(kuò)展到更大的面積和跨度。所采用的技術(shù)與材料在某種程度上還要依靠國(guó)外，但預(yù)計(jì)會(huì)有更多的工程依靠自己的力量來(lái)完成。在過(guò)去十年中，中國(guó)的許多城市都在籌劃建設(shè)新的體育設(shè)施。由于其重量很輕的優(yōu)點(diǎn)，膜結(jié)構(gòu)往往被采用。體育建筑可以說(shuō)是膜結(jié)構(gòu)在中國(guó)應(yīng)用的突破口。1997年之前，只建造了少量的小型與中型的 膜結(jié)構(gòu)，同年在上海舉行的第七屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)， 膜結(jié)構(gòu)被用在主體育場(chǎng)的看臺(tái)挑篷，總面積達(dá)36100m2。這是中國(guó)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(yuǎn)的影響。當(dāng)時(shí)涂PTFE的玻璃纖維膜材、張拉膜和工程安裝還借助于國(guó)外的力量。在上海體育場(chǎng)成功的建成后，雖然它的價(jià)格仍高于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，又出現(xiàn)了一些膜結(jié)構(gòu)屋頂?shù)捏w育場(chǎng)。頤中體育場(chǎng)坐落在山東省的濱海城市青島，這是中國(guó)第一個(gè)靠自己力量設(shè)計(jì)與施工的大型膜結(jié)構(gòu)體育場(chǎng)，外包尺寸為266m×180m，可容納6萬(wàn)觀眾。懸挑40m的屋蓋是一個(gè)包括膜、索和鋼支承結(jié)構(gòu)的典型張拉體系，整個(gè)屋蓋由70個(gè)錐形索膜單元組成，總面積為30000m2。環(huán)顧整個(gè)中國(guó)大地，新的體育中心正在一個(gè)接一個(gè)的規(guī)劃，膜結(jié)構(gòu)成為覆蓋主體育場(chǎng)的優(yōu)選，估計(jì)已有十多個(gè)體育場(chǎng)采用。在大城市中有上海（虹口區(qū)足球場(chǎng)）、武漢、鄭州和廣州，在中小城市有煙臺(tái)、威海和蕪湖。另一個(gè)適宜采用膜結(jié)構(gòu)的對(duì)象是室內(nèi)體育館，在中國(guó)還剛開始。在華北的秦皇島體育館是第一個(gè)采用雙層膜的工程，其平面呈橢圓形，長(zhǎng)短軸各為112m與98m。最近的一個(gè)實(shí)例是成都的水上樂(lè)園。這個(gè)有20000m2的大型建筑用來(lái)作為死海漂浮運(yùn)動(dòng)。一系列拱形鋼桁架跨越115m，上覆以PVC聚酯織物。
膜結(jié)構(gòu)工程曾被用于覆蓋一些室內(nèi)或室外的演出設(shè)施。大部分是由鋼框架支承的張拉膜結(jié)構(gòu)。建成的實(shí)例有：長(zhǎng)沙世界之窗劇場(chǎng)（3500m2）、深圳歡樂(lè)谷中心表演場(chǎng)（5800m2）、廣州海洋世界海豚館（2840m2）和天津泰豐風(fēng)雨劇場(chǎng)（1000m2）等。世界之窗劇場(chǎng)建成于1998年，是早期采用PVC覆面膜材的工程之一。由于國(guó)內(nèi)和國(guó)際上交流的擴(kuò)展，需要許多新型的會(huì)議與展覽建筑。1999年在深圳召開了中國(guó)高新技術(shù)成果交易會(huì)，有兩個(gè)面積為2400m2的館采用了膜屋蓋，顯示了其輕質(zhì)與透光的突出優(yōu)點(diǎn)。在海南省的小鎮(zhèn)博鰲，由于有全世界重要人物參加的一系列高層會(huì)議在此舉行而聞名。主會(huì)場(chǎng)即采用了膜結(jié)構(gòu)，施工工期十分緊迫，4000m2的膜屋蓋在40天內(nèi)完工。在廣西壯族自治區(qū)首府南寧建造了國(guó)際會(huì)議展覽中心。一個(gè)以膜材覆蓋的鋼穹頂位于多功能大廳上空成為整個(gè)建筑物的焦點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)外兩邊采用雙層的PTFE玻璃纖維織物覆蓋。膜結(jié)構(gòu)工程還可用來(lái)覆蓋各種不同的小型建筑，如加油站、收費(fèi)站、服務(wù)中心、大門入口以及遮陽(yáng)設(shè)施等。雖然每個(gè)工程的面積只有幾百平方米，但工程的數(shù)量很多，把全國(guó)的工程加起來(lái)，膜的數(shù)量就很可觀了。中國(guó)膜材十年仍未突破 膜結(jié)構(gòu)只有在材料問(wèn)題得到解決之后才得以大量推廣應(yīng)用，因此關(guān)鍵問(wèn)題是要提供滿足功能要求、耐久性好與經(jīng)濟(jì)的膜材。用于膜結(jié)構(gòu)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(qiáng)度高、半透明、耐火不燃以及自潔性好等優(yōu)點(diǎn)。雖然材料的保證年限是25年，但按照實(shí)際使用的經(jīng)驗(yàn)，其期望的使用壽命將會(huì)更長(zhǎng)。玻璃纖維膜材的唯一缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。PVC聚酯織物與玻璃纖維織物相比，其強(qiáng)度等性能稍差，使用年限也較短，但價(jià)格卻很便宜，大約在1/5左右。加了改進(jìn)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(hù)織物抵抗紫外線的侵蝕，并改進(jìn)其自潔性。目前國(guó)內(nèi)有好多廠家都能生產(chǎn)有PVC涂層聚酯織物，但其性能尚未能完全達(dá)到建筑織物的要求，作為建筑用的永久性材料尚需進(jìn)一步提高。據(jù)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(jìn)。