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索膜结构体育馆发展综述

时间:2016-05-16  作者:佚名

【摘要】索膜结构是一种新型的建筑结构形式,本文总结了国内外索膜结构的发展及部分著名的索膜结构建筑的特点,阐述了索膜结构的现状,分析了索膜结构的设计和施工技术,并根据建筑业特点分析了所膜结构未来发展趋势。
论文关键词:索膜结构,结构特点,发展趋势

索膜结构体系起源于远古时代人类居住的帐篷(支杆、绳索与兽皮构成的建筑物),到20世纪70年代以后,高强、防水、透光且表面光洁、易清洗、抗老化的建筑膜材料的出现,加之工程计算科学的飞速发展,索膜建筑结构体系东山再起,现已大量用于滨海旅游、博览会、文艺、体育等大空间的公共建筑上。因为索膜建筑具有易建、易拆、易搬迁、易更新、充分利用阳光、空气以及与自然环境融合等特长,成为21世纪“绿色建筑体系”的宠儿。

纵观索膜结构的发展历史,可分为以下几个阶段:

1.1 膜结构的出现

膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是以充气膜结构的形式出现,世界上第一座充气膜结构建成于1946年,设计者为美国的沃尔特·勃德(W.Bird),这是一座直径为15的充气穹顶。1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议,无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。

充气膜结构它是以柔性结构体系来承受风荷载和雪荷载等各种外荷载的作用,由于膜结构的特点以及膜材的特殊性,充气膜结构的设计分析过程也不同于以往的钢筋混凝土和钢结构。充气膜结构的结构计算包括初始形态分析、受荷分析及模态分析等内容。充气膜结构的结构分析包括3个阶段:忽略其自身微小的自重和自平衡预张力,不承受任何外部荷载的零态;在确定的边界条件及施加预应力的分布和大小后所形成的初始态;在外荷载、自重及考虑材料张力作用的工作态。它们之间的膜面主应力方向、预张力的大小变化、形态变形过程和趋势等是相互联系、相互制约的,必须从全过程、一体化的角度加以考虑。

1.2 迅速发展

索膜结构作为新的建筑形式自出现,特别是到了20世纪70年代以后,索膜结构的应用得到了迅速发展,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,膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择。

1988年建成的日本东京室内棒球馆(Tokyo Dome“Big Egg”),是一座有55000个座位的体育馆(室内净面积46767m2),该设计是建筑行业的一种强有力的蜕变过程,其蛋形屋顶为具有弹性的薄膜,一般会把巨蛋内的气压控制在比巨蛋外高0.3%以维持蛋顶外型。结构从根本上克服传统结构在大跨度(无支撑)建筑上实现时所遇到的困难,创造了巨大的无遮挡的可视空间。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、使用安全等优点。另外值得一提的是,在阳光的照射下,由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光,国际贸易论文无强反差的着光面与阴影的区分,室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚,建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空,建筑物的体型显现出梦幻般的效果。

1.3 膜结构在国内的发展

在世界建筑业的迅速发展中,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,在索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10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。

上海体育馆鲜明特点是大跨度、大空间,其外形既充分展示了体育运动的力度和气势,又体现了简洁流畅的整体风格,是建筑技术和建筑艺术完美的结合。观众席上方采用马鞍形大悬挑钢管空间屋盖结构,覆以乳白色半透明膜结构的顶面,面积为3.6万平方米,主席台正上方的一根最长单臂悬挑梁长73.5m,为世界建筑史之最。

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。颐中体育场坐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,膜结构成为覆盖主体育场的优选。

2 索膜体育馆的现状

目前,世界各地的索膜结构工程或研究领域的蓬勃发展,与现代科技发展,人类面临的任务,保护自然环境,建设了索膜功能和使用的不断扩大,结构跨度或高度的增加,从而索膜建筑开始在世界上广阔的应用。索膜结构是目前发展很快的一种新型空间结构,是一种效率极高的张力集成体系,可以充分发挥钢索的强度与张拉整体结构的空间作用。这种结构以造型新颖、质轻透光等优点在全球得到了推广应用,成为体育建筑、会展中心、商业设施、交通站场等屋盖的主要选型。

随着社会的发展和进步,以及建筑空间观念的日益深化和科学手段的不断提高,人们更注重追求更好的生活,“回归自然”、“沐浴自然之温馨”已是现代建筑环境学发展的主流。传统建筑室内外的视线越来越模糊,出现了许多亦内亦外、相互渗透的不定空间,由于膜材的光透性,白天阳光可以透过膜材形成慢射光,使膜覆盖空间内达到和室外几乎一样的自然效果,因此膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式。一个新的膜结构和现代技术的结合,以其优越的实用性和美观性是越来越多的人所接受和喜爱在现代建筑中的广泛应用和当代建筑的发展,注入了新的活力。

 

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