結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)：膜結(jié)構(gòu)性能大有改進(jìn)

　　膜結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中最新發(fā)展起來(lái)的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系。自從1970年代以來(lái)，  膜結(jié)構(gòu)在國(guó)外已逐漸應(yīng)用于體育建筑、商場(chǎng)、展覽中心、交通服務(wù)設(shè)施等大跨度建筑中。膜結(jié)構(gòu)已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型中的一個(gè)主要方案。成為化纖紡織品應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。近年來(lái)在中國(guó)建筑結(jié)構(gòu)中也有長(zhǎng)足的進(jìn)展。

　　大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)中的美國(guó)館采用了氣承式空氣  膜結(jié)構(gòu)。這個(gè)擬橢圓形、軸線(xiàn)尺寸為 140m×83.5m的展覽館是世界上第一個(gè)大跨度的  膜結(jié)構(gòu)，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(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)，大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)的展覽館標(biāo)志著  膜結(jié)構(gòu)時(shí)代的開(kāi)始。自此以后，膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展。從跨度來(lái)說(shuō)，美國(guó)龐提亞克的“銀色穹頂”氣承式空氣  膜結(jié)構(gòu)的平面有234.9m×183m，開(kāi)始采用聚四氟乙烯（PTFE）涂層的玻璃纖維織物，類(lèi)似的大型體育館在北美就建了九座。從面積來(lái)說(shuō)，沙特阿拉伯吉大機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳的懸掛膜結(jié)構(gòu)占地42萬(wàn)m2.作為  膜結(jié)構(gòu)一種新形式，索穹頂于1988年首先用在漢城奧運(yùn)會(huì)的體操館與擊劍館，其后又在一些體育建筑中得到推廣。千年穹頂以其獨(dú)特的  膜結(jié)構(gòu)，顯示了當(dāng)今建筑技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展水平。

　　發(fā)展中的中國(guó)膜結(jié)構(gòu)

　　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(kāi)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)座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(kāi)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)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。

　　由于圖內(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(kāi)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)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(mén)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(mǎn)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(xiàn)的侵蝕，并改進(jìn)其自潔性。

　　目前國(guó)內(nèi)有好多廠(chǎng)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)。

?08年考試規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn): 申報(bào)一、二級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)資格考試須知