膜结构起源与发展？

添加时间：2019/12/16 15:42:00

膜结构起源与发展
    1917年有一位名为兰彻斯特的美国人建议利用新发明的电力鼓风机将膜布吹胀，作野战医院。像许多专利申请案一样，这只是一种构思，而没有真正成为使用的产品。1946年，有一位名为华特·贝尔德的人为美国军方做了一个直径 15m圆形充气的雷达罩，可以保护雷达不受气候侵袭，又可让电波无阻的通过，从而使相隔了19年的专利付诸实用。由此而衍生出了一个新的工业产业，在1956年以后美国一共建立了约50多家的膜结构公司，制造各种膜产品，用做体育设施、展览场、设备仓库、轻工业厂房等，不一而足。但多因设计不周全，或制作粗糙，或是业主维护不当，以致造成许多不幸事件，大多数的工厂亦因之倒闭。1960年间，德国斯图加特大学的弗赖·奥托先生，先后于1962和1965年发表了研究膜结构的成果，并同帐篷制造厂商合作，做了一些帐篷式膜结构和钢索结构，其中最受人注目的是1967年在蒙特利尔博览会的西德馆，其在欧洲，尤其是德国，可以说是开了膜结构构商业化的先河。1968年，美国纽约的建筑师布罗迪和哥伦比亚的大卫·盖格教授合力争取到了日本大阪世界博览会美国馆的设计权。原先的经费2500万美元，被一再消减到250万美元，此设计组承受了无比的挑战，在穷则变，变则通的情况下，将基地挖一大坑，将废土堆在四周，筑成围墙，其上浇注一混凝土压力环，将钢索网固定在环上，再将膜布固定在钢索网上，加以充气，就做成了9290m2的展览馆，从而开启了气撑式膜结构的新页。1968年到1987年之间，有 8座室内运动馆是以此方法设计建造的。 在大阪世博会，盖格公司成功地向世人推出气撑式膜结构的新设计技术，而受到建筑工程界一致认可后，又面临所使用的膜材料问题。这种膜材只有7年— 8年的寿命，在太阳紫外线及风、雨的交互作用下，膜布会变得硬脆、破裂，而失去结构性能。只有使用好的膜布材料，才能使这种大跨距的屋顶，成为永久性的建筑。正在此时，美国福特基金会下属的教育设施实验室给盖格公司一笔资金，用来开发此种永久性的建筑膜。在盖格公司领导下，同美国的杜邦公司、康宁玻纤公司、贝尔德建筑公司、化纤织布公，五家共同开发永久性的结构膜。产品很顺利地就制成了，化纤公司将康宁公司提供的玻璃纤维，先集成线再织成布纱，经过矽胶浸泡，先制成水密坯布，再多次快速放入特氟隆溶液中，使坯布两面皆有均匀的特氟隆涂层，永久性的PTFE膜正式诞生。经过加速气候实验，其物理稳定性确定后，盖格公司又设计各种结构配件及确定设计程序，以建造不同性质的膜结构。堪萨斯城的建筑师约翰·西弗率先使用此产品，在加州的拉·弗恩建了一座学生活动中心，另外，几平同时即1973年在圣太·克罗拉的加州分校办建了一座气撑游泳馆（活动屋顶）及学生活动中心，从此永久性膜结构便正式在美国风行。 1．关于结构膜 一般钢结构屋顶，是由桥梁支撑屋面板，上面覆盖防水、隔热层，这些屋面材料皆不承受结构力。但膜结构中的膜本身就承受活荷载包括风压、温度应力等，膜既是覆盖物，亦是结构的一部分。 以材质分类，结构膜有以下两种: 1）平面不织膜：由各种塑料，在加热液化状态下挤出的膜，它有不同厚度、透明度及颜色，最通用的是聚乙烯膜。亦有以聚乙烯和聚氯乙烯热熔后制成的复合膜，其抗紫外线及自洁性强，且使用年限可从7年延长到15年，此种膜因张力强度不大，而自跨度不大，属于半结构性的膜材。 2）织布合成膜：以聚酯丝织成的市心，双面涂以PVC树脂，再用热熔法覆盖上一层聚氟乙烯膜，制成复合膜，使用年限从 7年延长到15年。因布心的张力强度较大可以使用于多种的张啦力型结构，跨度可达8m－10m，在美、日、法等国皆生产多种品牌。 2．几种膜结构 与上述结构膜结合的结构大约有下述几类: 1）纯钢拱形结构 采用传统的梁柱系统，屋顶为圆拱式，柱梁间距一般为8m左右。 2）混凝土结构主体加钢拱 以上两种最简单的膜结构，依平面的形状，如方形、菱形等，可有许多变化，拱的间距依使用的膜材强度、设计荷载、风力等确定。 3）混凝土主体结构加钢索 脊素为上弯，位于膜布下面，谷索为下弯，位于膜上面。两种钢索的弯向相反张拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的张力，膜布中水平方向的张力直接张拉形成。 4）混凝土主体结构加钢柱 5）张拉式帐篷膜结构 6）大型（跨度在200m以上）气撑式膜结构 用扁钢作的钢索加上膜布，可以做成大跨度的巨型屋顶。这种建筑，结构简单，施工方便，经济效益高，无需维修。但因需常年维持封闭，进出较不便，现己不再新建，但仍不失为一种好的结构形式。由于膜结构需要精确的设计及剪裁，以达到理想的效果，大卫、盖格和哥伦比亚大学的同僚迈克、马克麦克和约塞夫、赖特共同开发了非线性钢索计算程式，为气撑式大型膜屋顶工程设计奠定了基础。自1973年至1978年，在世界各地一连建造了12座气撑式膜结构大型室内体育馆，与同时期落成的其他球场比较，这些膜结构的体育馆不但价格便宜，而且施工。