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膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程

作者：admin 時(shí)間：2014-04-03　閱讀：

膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程

1917年有一位名為蘭徹斯特的美國人建議利用新發(fā)明的電力鼓風(fēng)機(jī)將膜布吹脹，作野戰(zhàn)醫(yī)院。像許多專利申請案一樣，這只是一種構(gòu)思，而沒有真正成為使用的產(chǎn)品。

1946年，有一位名為華特.貝爾德的人為美國軍方做了一個(gè)直徑 15m圓形充氣的雷達(dá)罩，可以保護(hù)雷達(dá)不受氣候侵襲，又可讓電波無阻的通過，從而使相隔了19年的專利付諸實(shí)用。由此而衍生出了一個(gè)新的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，在1956年以后美國一共建立了約50多家的膜結(jié)構(gòu)公司，制造各種膜產(chǎn)品，用做體育設(shè)施、展覽場、設(shè)備倉庫、輕工業(yè)廠房等，不一而足。但多因設(shè)計(jì)不周全，或制作粗糙，或是業(yè)主維護(hù)不當(dāng)，以致造成許多不幸事件，大多數(shù)的工廠亦因之倒閉。

1960年間，德國斯圖加特大學(xué)的弗賴.奧托先生，先后于1962和1965年發(fā)表了研究膜結(jié)構(gòu)的成果，并同帳篷制造廠商合作，做了一些帳篷式膜結(jié)構(gòu)和鋼索結(jié)構(gòu)，其中最受人注目的是1967年在蒙特利爾博覽會(huì)的西德館，其在歐洲，尤其是德國，可以說是開了膜結(jié)構(gòu)構(gòu)商業(yè)化的先河。1968年，美國紐約的建筑師布羅迪和哥倫比亞的大衛(wèi).蓋格教授合力爭取到了日本大阪世界博覽會(huì)美國館的設(shè)計(jì)權(quán)。原先的經(jīng)費(fèi)2500萬美元，被一再消減到250萬美元，此設(shè)計(jì)組承受了無比的挑戰(zhàn)，在窮則變，變則通的情況下，將基地挖一大坑，將廢土堆在四周，筑成圍墻，其上澆注一混凝土壓力環(huán)，將鋼索網(wǎng)固定在環(huán)上，再將膜布固定在鋼索網(wǎng)上，加以充氣，就做成了9290m2的展覽館，從而開啟了氣撐式膜結(jié)構(gòu)的新頁。

1968年到1987年之間，有 8座室內(nèi)運(yùn)動(dòng)館是以此方法設(shè)計(jì)建造的。在大阪世博會(huì)，蓋格公司成功地向世人推出氣撐式膜結(jié)構(gòu)的新設(shè)計(jì)技術(shù)，而受到建筑工程界一致認(rèn)可后，又面臨所使用的膜材料問題。這種膜材只有7年~ 8年的壽命，在太陽紫外線及風(fēng)、雨的交互作用下，膜布會(huì)變得硬脆、破裂，而失去結(jié)構(gòu)性能。只有使用好的膜布材料，才能使這種大跨距的屋頂，成為永久性的建筑。正在此時(shí)，美國福特基金會(huì)下屬的教育設(shè)施實(shí)驗(yàn)室給蓋格公司一筆資金，用來開發(fā)此種永久性的建筑膜。在蓋格公司領(lǐng)導(dǎo)下，同美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公，五家共同開發(fā)永久性的結(jié)構(gòu)膜。產(chǎn)品很順利地就制成了，化纖公司將康寧公司提供的玻璃纖維，先集成線再織成布紗，經(jīng)過矽膠浸泡，先制成水密坯布，再多次快速放入特氟隆溶液中，使坯布兩面皆有均勻的特氟隆涂層，永久性的PTFE膜正式誕生。經(jīng)過加速氣候?qū)嶒?yàn)，其物理穩(wěn)定性確定后，蓋格公司又設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)配件及確定設(shè)計(jì)程序，以建造不同性質(zhì)的膜結(jié)構(gòu)�？八_斯城的建筑師約翰.西弗率先使用此產(chǎn)品，在加州的拉.弗恩建了一座學(xué)生活動(dòng)中心，另外，幾平同時(shí)即1973年在圣太.克羅拉的加州分校辦建了一座氣撐游泳館（活動(dòng)屋頂）及學(xué)生活動(dòng)中心，從此永久性膜結(jié)構(gòu)便正式在美國風(fēng)行。

1．關(guān)于結(jié)構(gòu)膜一般鋼結(jié)構(gòu)屋頂，是由橋梁支撐屋面板，上面覆蓋防水、隔熱層，這些屋面材料皆不承受結(jié)構(gòu)力。但膜結(jié)構(gòu)中的膜本身就承受活荷載包括風(fēng)壓、溫度應(yīng)力等，膜既是覆蓋物，亦是結(jié)構(gòu)的一部分。以材質(zhì)分類，結(jié)構(gòu)膜有以下兩種:
1）平面不織膜：由各種塑料，在加熱液化狀態(tài)下擠出的膜，它有不同厚度、透明度及顏色，最通用的是聚乙烯膜。亦有以聚乙烯和聚氯乙烯熱熔后制成的復(fù)合膜，其抗紫外線及自潔性強(qiáng)，且使用年限可從7年延長到15年，此種膜因張力強(qiáng)度不大，而自跨度不大，屬于半結(jié)構(gòu)性的膜材。
2）織布合成膜：以聚酯絲織成的市心，雙面涂以PVC樹脂，再用熱熔法覆蓋上一層聚氟乙烯膜，制成復(fù)合膜，使用年限從 7年延長到15年。因布心的張力強(qiáng)度較大可以使用于多種的張啦力型結(jié)構(gòu)，跨度可達(dá)8m－10m，在美、日、法等國皆生產(chǎn)多種品牌。

2．幾種膜結(jié)構(gòu) 與上述結(jié)構(gòu)膜結(jié)合的結(jié)構(gòu)大約有下述幾類:
1）純鋼拱形結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的梁柱系統(tǒng)，屋頂為圓拱式，柱梁間距一般為8m左右。
2）混凝土結(jié)構(gòu)主體加鋼拱以上兩種最簡單的膜結(jié)構(gòu)，依平面的形狀，如方形、菱形等，可有許多變化，拱的間距依使用的膜材強(qiáng)度、設(shè)計(jì)荷載、風(fēng)力等確定。
3）混凝土主體結(jié)構(gòu)加鋼索脊素為上彎，位于膜布下面，谷索為下彎，位于膜上面。兩種鋼索的彎向相反張拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的張力，膜布中水平方向的張力直接張拉形成。
4）混凝土主體結(jié)構(gòu)加鋼柱
5）張拉式帳篷膜結(jié)構(gòu)
6）大型（跨度在200m以上）氣撐式膜結(jié)構(gòu) 用扁鋼作的鋼索加上膜布，可以做成大跨度的巨型屋頂。

這種建筑，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，經(jīng)濟(jì)效益高，無需維修。但因需常年維持封閉，進(jìn)出較不便，現(xiàn)己不再新建，但仍不失為一種好的結(jié)構(gòu)形式。由于膜結(jié)構(gòu)需要精確的設(shè)計(jì)及剪裁，以達(dá)到理想的效果，大衛(wèi)、蓋格和哥倫比亞大學(xué)的同僚邁克、馬克麥克和約塞夫、賴特共同開發(fā)了非線性鋼索計(jì)算程式，為氣撐式大型膜屋頂工程設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。自1973年至1978年，在世界各地一連建造了12座氣撐式膜結(jié)構(gòu)大型室內(nèi)體育館，與同時(shí)期落成的其他球場比較，這些膜結(jié)構(gòu)的體育館不但價(jià)格便宜，而且施工快。

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