我國內(nèi)地膜結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用與發(fā)展前景
嚴(yán) 慧 夏 循
浙江大學(xué) 空間結(jié)構(gòu)研究中心
摘要: 本文重點介紹了國內(nèi)近年建成的一些具有代表性的膜結(jié)構(gòu)工程實例.展現(xiàn)了自1997年通過引進(jìn)國外技術(shù)建
成上海八萬人體育場膜結(jié)構(gòu)挑蓬以來,國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)發(fā)展的良好態(tài)勢及其廣闊的應(yīng)用前景.
文中分析了國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用與發(fā)展的有利條件,制約因素及所面臨的機遇與挑戰(zhàn).并針對當(dāng)前膜材供應(yīng)與設(shè)計
軟件現(xiàn)狀,提出必須采取有效措施加大對新型膜材,先進(jìn)計算軟件,結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新等的研究開發(fā)力度;盡快出臺《膜
結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);健全膜結(jié)構(gòu)行業(yè)組織.加強對膜結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)交流,培訓(xùn),重視設(shè)備更新,加快
工藝改革,以期適應(yīng)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展的需要,推動膜結(jié)構(gòu)的健康發(fā)展.
關(guān)鍵字:膜結(jié)構(gòu) ,計算技術(shù),結(jié)構(gòu)體系
The application and the development of membrane structures in china
Yan Hui Xia Xun
(spatial structure research center zhejiang university 310027)
Abstract: This article introduces some typical projects of membrane structures, which are constructed in recent years. It
shows the rapid development and the broad utility of membrane structures in china since the building up of Shanghai Eighty
Thousands People’ Stadium.
This article outlines the advantages, the limitations, the opportunities and the challenges that we have to confront in the
development of membrane structures in china; proposes that much more research should be done in the fields of developing
new membrane materials, designing advanced calculating software, creating new structure systems. it also suggests that we
should issue the technical regulations for membrane structure industry and perfect the organism in this field.
Key words: membrane structure calculating method structure system
1. 我國內(nèi)地膜結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用的新進(jìn)展
隨著世界工業(yè)的發(fā)展與計算技術(shù)的進(jìn)步,膜結(jié)構(gòu)也從臨時建筑邁入永久性建筑行列,并成為當(dāng)
代充滿活力的一種新型大跨空間結(jié)構(gòu)體系.在許多國家舉辦奧運會,世博會的場館建設(shè)中,膜結(jié)構(gòu)
以其絢麗的色彩和豐富的造型贏得了人們關(guān)注,認(rèn)同.我國內(nèi)地自上世紀(jì)70年代以來,一些科研,
設(shè)計單位與高等學(xué)校便開始對膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究.一些關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)如膜結(jié)構(gòu)的找形分析,荷載分析,
裁剪分析等的研究也獲得了一定進(jìn)展,為我國膜結(jié)構(gòu)的開發(fā),應(yīng)用建立了一定的技術(shù)儲備.1995年
建成的北京房山游泳館(跨度33m, 1100m2)與鞍山農(nóng)委游泳館(跨度30m,1000m2)是我國第一次
正式應(yīng)用于工程的空氣支承膜結(jié)構(gòu),標(biāo)志著我國內(nèi)地開始啟動了膜結(jié)構(gòu)的工程建設(shè).自1997年通過
引進(jìn)國外膜結(jié)構(gòu)技術(shù)建成上海八萬人體育場看臺挑棚后,經(jīng)過廣大工程技術(shù)人員的努力,相繼建成
了青島頤中體育場挑棚膜結(jié)構(gòu),杭州游泳館,網(wǎng)球館雙層膜結(jié)構(gòu)等二百余項膜結(jié)構(gòu)工程,年增長率
達(dá)20%[1].隨著膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用的日趨廣泛,專業(yè)膜結(jié)構(gòu)企業(yè)及相關(guān)配套產(chǎn)品的廠商也大量涌現(xiàn),目前
實力強勁的日本太陽工業(yè)集團和德國的Skyspan公司等已加入到我國內(nèi)地膜結(jié)構(gòu)市場,臺商膜結(jié)構(gòu)
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企業(yè)也相當(dāng)活躍,這些對于促進(jìn)我國內(nèi)地膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展都起到了積極作用.
在已建的眾多膜結(jié)構(gòu)工程中以半敞開的體育場看臺挑棚較多,許多不同造型的膜結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)
地具有特色的標(biāo)志工程.其中規(guī)模較大的有上海八萬人體育場,青島頤中體育場,義烏體育場,煙
臺市體育中心體育場,蕪湖市體育場,威海市體育中心體育場,嘉峪關(guān)市體育場等的看臺挑蓬膜結(jié)
構(gòu).表1列出了這些大型體育場挑蓬的外觀,結(jié)構(gòu)模型及其幾何特點.
表1 大型體育場看臺挑棚膜結(jié)構(gòu)工程
在這些體育場看臺挑棚膜結(jié)構(gòu)工程中,根據(jù)各自造型特點分別選用了在懸挑鋼桁架的基礎(chǔ)上加
平面尺寸(m):288.4×274.4;覆蓋面積(m2):2.89萬;
膜材:PTFE;用鋼量(kg/m2):3000t(總重);建成時
間:1997年.
1,人
上體海育八場萬 結(jié)構(gòu)特點:由57個傘狀膜結(jié)構(gòu)單元覆蓋在沿徑向,環(huán)向
布置的立體桁架上,徑向桁架****懸挑72.5m.
平面尺寸(m):86+(2×90×180);覆蓋面積(m2):3.0
萬;膜材:法拉利1302T;用鋼量(kg/m2):90;建成時
間:2000.8.
2,中
青體島育市場頤 [2]
結(jié)構(gòu)特點:60個立柱支承的60個膜單元分布在內(nèi)環(huán)索
與外環(huán)鋼桁架間,由柱徑向向內(nèi)懸挑37m,向外懸挑7m.
覆蓋面積(m2):1.61萬;膜材:法拉利1302T;
用鋼量(kg/m2):62;建成時間:2001.10. 3,體
義育烏場市 [3]
結(jié)構(gòu)特點:挑蓬呈梭形樹葉狀,兩端設(shè)60m的鋼桅桿,
頂端設(shè)3根錨索.中間10個脊谷索式膜單元支承于11
榀懸挑桁架,兩端為三棱錐形膜單元,桁架****懸挑
49m.
平面尺寸(m):236×205橢圓形;覆蓋面積(m2):1.53
萬;膜材:PVDF;用鋼量(kg/m2):22;建成時間:2001.12.
4,中
威心海體市育體場育 [4]
結(jié)構(gòu)特點:由34個連成一體,形狀漸變的單桅桿傘形膜
單元組成.每一單元則由單桅桿谷索,脊索,翼索,邊
索及張力膜組成,膜單元懸挑長度17~30m.
平面尺寸(m):254×225;覆蓋面積(m2):2.07萬;
膜材:米樂FR-1000;用鋼量(kg/m2):38;建成時間:
2000.12.
5,體
蕪育湖場市 [3]
結(jié)構(gòu)特點:在由46個V形支架支撐的二個柱面網(wǎng)殼下
吊40個大小不等的錐體膜單元.內(nèi)環(huán)索呈空間曲線,懸
挑30.4~44.9m.
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設(shè)環(huán)向桁架,或設(shè)置與建筑方案協(xié)調(diào)的斜拉索,中間拱架等,或利用柔性索系與懸挑桁架的組合或
利用空間鋼構(gòu)架等作為支承骨架.而置于其間的膜單元常用立柱,索系,撐桿等作為支撐體系.青
島市頤中體育場罩篷的膜單元是一種典型的膜單元布置形式:它由60個錐形膜單元組成的脊谷式張
拉膜結(jié)構(gòu),每個單元由一個立柱支撐,前端與主內(nèi)環(huán)索相連,通過脊索和谷索張拉膜體;再由立柱,
上環(huán)梁,斜腹桿,下弦桿,下拉桿等組成的鋼桁架體系傳給下部鋼筋混凝土看臺,而上吊索和下拉
索則主要用來承受活荷載和風(fēng)荷載 [5].
用于體育場看臺挑篷的膜結(jié)構(gòu)由于懸挑長度往往較大,屋面自重較輕,結(jié)構(gòu)支承點較少,如何
有效增強結(jié)構(gòu)整體剛度是這類結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)予關(guān)注的問題.同時如何恰當(dāng)利用索,膜預(yù)應(yīng)力也是亟
為關(guān)鍵的問題.隨著學(xué)校體育設(shè)施的完善,一些中大型看臺挑棚膜結(jié)構(gòu)往往是首先考慮采用的方案.
除應(yīng)用于體育場外,在體育館及各種博覽會展場的建設(shè)中膜結(jié)構(gòu)也有較多應(yīng)用.如深圳歡樂谷
中心表演場(圖1),其結(jié)構(gòu)布置平面呈圓形,膜水平面投影為5800 m2.它由15個錐形膜單元組成,
每個錐形膜單元的頂點由一根鋼柱支撐,從而形成脊谷式膜單元布置,通過預(yù)應(yīng)力的脊索和谷索形
成支撐體系,傳遞風(fēng)荷載和活(雪)荷載.又如長沙世界之窗劇場(圖2),其建筑平面近似為扇形,
****跨度86.58m,總長54m,膜覆蓋面積為6100 m2.劇場整個膜結(jié)構(gòu)由5個跨度不等,高度不等的
雙傘狀單元組成,膜后端與已有的建筑物山墻連接,膜單元由兩根內(nèi)排柱頂起,兩頂點間布置脊索;
膜單元間相互連接,其上壓以谷索,谷索兩端與外排柱相連,再通過外拉索引向錨座.此外,一些
大型體育館建筑,如杭州游泳館,網(wǎng)球館 [6],秦皇島市體育館,惠州市體育館,浙江大學(xué)新校區(qū)風(fēng)雨
操場,浙江省體育中心室內(nèi)田徑館等均采用了具有獨特風(fēng)采的膜結(jié)構(gòu).
云南世界園藝博覽園藝術(shù)廣場觀眾席采用了動態(tài)膜結(jié)構(gòu)頂蓬(圖3).它的投影面積為2270m2,
由5個可開啟的梯形單元體(長37.7m)組成.單元之間上下重疊0.5m,每一單元下設(shè)兩個立柱及
機械裝置,以液壓千斤頂為其傳動系統(tǒng)的動力源,單元體在液壓千斤頂?shù)淖饔孟乱詢芍斴S承連線
為軸轉(zhuǎn)動開啟.這是我國應(yīng)用開合式膜結(jié)構(gòu)的前兆,可以預(yù)期今后將會涌現(xiàn)出一些大型開合式膜結(jié)
構(gòu).對此,天津大學(xué),浙江大學(xué)進(jìn)行了專題研究并取得了一定的成績,作好了相關(guān)的技術(shù)準(zhǔn)備.
圖1 深圳歡樂谷中心表演場及結(jié)構(gòu)模型 圖2 長沙世界之窗劇場及結(jié)構(gòu)模型
圖3 昆明世博園藝術(shù)廣場動態(tài)膜結(jié)構(gòu)
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圖4 南寧會展中心
南寧會展中心(圖4)主廳采用了旋轉(zhuǎn)雙曲拋物面的雙層膜結(jié)構(gòu),是我國沿豎向空間采用膜結(jié)
構(gòu)的第一例工程實踐.其高度為48m,底部直徑為65.5m,結(jié)構(gòu)頂部由膜片與伸展的單層鋼構(gòu)架構(gòu)
成,形似盛開的鮮花——南寧市花朱槿花.
在交通建筑中,膜結(jié)構(gòu)也獲得了廣泛應(yīng)用.分布在各地高速公路的收費站,候車?yán)?加油站以
及機場航站樓,輪船碼頭等多有不同造型的膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用.如最近已安裝完成的廣州新白云機場航站
樓主樓屋面采光帶(325m×20～50m),門廳以及連接樓屋面等部分采用的膜結(jié)構(gòu),總面積達(dá)5萬
m2.600m長的葫蘆島站臺膜結(jié)構(gòu)(3600m2)以張弦梁為挑梁與膜結(jié)構(gòu)配合,其造型與自然環(huán)境相協(xié)
調(diào),為膜結(jié)構(gòu)在鐵路站臺的應(yīng)用提供了較好的范例.
此外,因為膜結(jié)構(gòu)具有造型新穎時尚,藝術(shù)表現(xiàn)力強,安裝快捷方便的特點,也為眾多的景點
建筑小品所采用.
2, 膜結(jié)構(gòu)材料與計算技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀
2.1 膜材的應(yīng)用現(xiàn)狀
目前膜結(jié)構(gòu)工程所用膜材一般由基層,涂層,面層組成.常用的基層主要有玻璃纖維織物(由
3微米纖維絲編織而成)與聚酯纖維織物.常用的涂層則有聚四氟乙烯(PTFE)與聚氯乙烯(PVC).
基層主要為膜材提供力學(xué)性能,涂層,面層則為膜材提供抗老化,防幅射,增強自潔性等特理性能.
一般將以玻璃纖維織物為基層,以聚四氟乙烯為涂層的膜材簡稱PTFE膜材;而以聚酯纖維為基層,
以聚氯乙烯為涂層的膜材稱之為PVC膜材.為改善PVC膜材的性能,常在其表面再涂以面層如聚
二氟乙烯(PVDF),聚氟乙烯(PVF),聚偏氟乙烯(TEDLAR),丙烯酸脂(ACRYLIC)等.近年
推出的全透明和半透明的ETFE膜材,不設(shè)基層,是需要透光的工程和內(nèi)膜的理想膜材.
目前所用膜材基本來自國外,PTFE膜材主要來自美國,德國,日本等地,PVC膜材主要來自
法國(FERRARI),德國(MEHLER,DURASKIN),美國(SEAMEN)以及韓國的秀博公司等.國
內(nèi)生產(chǎn)的膜材或因物理性能欠佳,或因力學(xué)性能不足,尚難滿足大型工程及我國膜結(jié)構(gòu)發(fā)展的需要.
2002年上海企業(yè)從德國引進(jìn)了全套可進(jìn)行PVDF表面處理的PVC聚酯纖維膜材生產(chǎn)線,膜材幅寬
4.05m.也有的企業(yè)正策劃投資生產(chǎn)PTFE涂層玻璃纖維膜材,但目前國產(chǎn)玻璃纖維最細(xì)只有6微米,
短期內(nèi)將制約PTFE膜材的國產(chǎn)化,但這類問題終將解決,擺脫膜材依賴進(jìn)口的局面已為時不遠(yuǎn).
2.2 膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點與計算技術(shù)
由于膜材的基層材料是由纖維按經(jīng)緯方向編織而成,材料屬正交異性,膜材受力時表現(xiàn)出明顯
的非線性,這些力學(xué)特性的存在也就決定了膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性.
膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計是在確定結(jié)構(gòu)平面形狀,尺寸,進(jìn)行三維造型,確定凈空體量與各控制點座標(biāo),
選定結(jié)構(gòu)形式與膜材類型的基礎(chǔ)上進(jìn)行找形分析(即找出膜面的合理形狀,使之既能滿足建筑給定
的邊界約束條件,又能承受外荷載作用),荷載分析(確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形,確定索,膜初始預(yù)張力)
與裁剪分析(即將二維材料恰當(dāng)裁剪通過張拉形成所需要的三維空間曲面).
找形分析時可通過幾何分析法(適用于簡單外形),物理模型法(皂膜比擬法)與數(shù)值分析法
(動力松弛法,力密度法,最小曲面法等)確定結(jié)構(gòu)初始平衡形狀.
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荷載分析時可按幾何非線性分析結(jié)構(gòu)在不同工況下的內(nèi)力與變形.在確定索膜初始預(yù)張力時,
應(yīng)保證在最不利荷載工況下膜中不出現(xiàn)零應(yīng)力,以避免膜材出現(xiàn)皺褶.同時初始應(yīng)力值也不宜過高,
否則膜材徐變加大,易老化,強度儲備減少.
裁剪分析時可采用物理模型方法,幾何模型方法以及平衡模型方法(如力密度法,動力松弛法,
離散超限變換投影法等),將膜結(jié)構(gòu)中的膜材從預(yù)應(yīng)力狀態(tài)還原為無應(yīng)力狀態(tài),并應(yīng)考慮初始預(yù)應(yīng)力
造成膜材經(jīng)緯方向伸長差異對裁剪下料的影響.
顯然這些分析過程是比較復(fù)雜的,需采用按上述方法編制的程序[7],通過電腦分析計算.國際
上膜結(jié)構(gòu)分析軟件主要有美國Birdair公司的MCM軟件與美國電腦設(shè)計公司的ACP軟件(均適用
于找形分析與荷載分析),以及美國Autometrix公司的PS軟件(適用于裁剪分析).而德國Technet 公
司的EASY軟件既可用于找形分析,荷載分析,又可用于裁剪分析,具有較強的功能.目前已為國
內(nèi)不少單位使用.
除此國內(nèi)高校,科研單位與企業(yè)也相繼開發(fā)出一些膜結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件.如天津麥卡特膜結(jié)構(gòu)科技
發(fā)展公司葉小兵開發(fā)的MEDE軟件,同濟大學(xué)張其林等開發(fā)的3D3S膜結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件,北京光昱空
間膜技術(shù)工程有限公司向陽開發(fā)的MCAD軟件等,另外還有一些相關(guān)軟件也正在開發(fā)中.這些軟件
雖各有特點,可以進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計,但膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展還期盼研究部門早日推出功能強大,
介面友好,易于操作的高質(zhì)量商品化軟件.
3, 不斷創(chuàng)新,推出精品工程,促進(jìn)膜結(jié)構(gòu)健康發(fā)展
膜結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)勢已為國內(nèi)外的大量工程實踐所證實.根據(jù)建筑師的創(chuàng)意膜結(jié)構(gòu)可以塑造出傳
統(tǒng)建筑難似實現(xiàn)的許多優(yōu)美的曲面造型,可以經(jīng)濟合理地覆蓋大跨度空間,同時在照明,聲學(xué),防
火,保溫,節(jié)能與自潔等方面也具有許多優(yōu)點.特別是2008年北京奧運會,2010年上海世博會和
各地舉辦的大型體育活動,商展活動以及群眾性體育活動的普及等都將為膜結(jié)構(gòu)的騰飛創(chuàng)造機遇.
近年來膜結(jié)構(gòu)在我國內(nèi)地已獲較多應(yīng)用,但仍屬起步階段,與國外先進(jìn)水平相比還存在著明顯
差距.當(dāng)前中國大地正面臨著膜結(jié)構(gòu)的春天,因此必須充分重視新型膜材的研制,先進(jìn)設(shè)計軟件的
開發(fā),結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新,同時應(yīng)重視設(shè)備更新與工藝改革,健全膜結(jié)構(gòu)行業(yè)組織,以適應(yīng)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)
一步發(fā)展的需要:
3.1.加大新型膜材,先進(jìn)設(shè)計軟件研究開發(fā)的力度
膜材是膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用與發(fā)展的基礎(chǔ).目前所用的PTFE膜材可褶性較差,將為膜單元的搬運增加
難度,同時費用較高.而由PVC膜材經(jīng)表面處理而成的PVDF膜材,由于焊縫處的涂層需經(jīng)打磨,
既增大了工作量又易導(dǎo)致焊接強度的不穩(wěn)定.在此基礎(chǔ)上德國米樂公司在1998年開發(fā)了雙面PVDF
自潔涂層技術(shù),并選用了更高質(zhì)量的細(xì)紗聚脂纖維.成為PVDF新一代產(chǎn)品.其綜合性能較頂層涂
敷PVDF,底層為丙烯酸酯的第一代產(chǎn)品有了較大提高[8].近年來日本還利用TiO2光媒體的表面處
理技術(shù)開發(fā)出了一種新型的自潔性膜材(二氧化鈦膜材)[9].有的還在利用紙基替代現(xiàn)有的基材.
這說明對膜材品位的改善,新型膜材的研發(fā)仍具有較大的空間.面對我國膜結(jié)構(gòu)興興向榮的發(fā)展前
景和膜結(jié)構(gòu)建筑市場競爭的日趨激烈,更需組織力量加大投入力度,從基材,涂層與面層材料的改
進(jìn)入手開發(fā)出性能安定,品位較高,價格低廉的新一代"綠色"膜材.
設(shè)計軟件是膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用與發(fā)展的重要手段.由于膜結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜,設(shè)計技術(shù)還未能為廣大
設(shè)計人員所掌握.目前的現(xiàn)狀是膜結(jié)構(gòu)公司在取得工程項目后或自行設(shè)計,或委托一些高校設(shè)計,
膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計往往與土建設(shè)計分離,從而可能造成結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理.如某工程膜結(jié)構(gòu)支承于下部
多層框架上,由于兩者設(shè)計分離,土建設(shè)計單位只提出柱頂水平力的限值,因而該工程膜結(jié)構(gòu)支承
體系的用鋼量大增,如果設(shè)計時能綜合考慮,即可避免出現(xiàn)類似問題.雖然目前可以進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)設(shè)
計的軟件已有不少,但開發(fā)出一套符合我國相關(guān)規(guī)范,規(guī)程,標(biāo)準(zhǔn)的智能型商品化軟件仍屬必要.
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3.2.創(chuàng)造先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)體系
除了空氣支承膜結(jié)構(gòu)之外,張拉整體式膜結(jié)構(gòu),骨架支承膜結(jié)構(gòu)與索系支承膜結(jié)構(gòu)都是由索,
桿,梁等單元構(gòu)件組合成的各種支承結(jié)構(gòu)體系.許多高校對此已進(jìn)行了大量研究也取得一定成果,
然而尚未顯現(xiàn)出類似美國在空氣支承膜結(jié)構(gòu)冷落后提出"索穹頂"結(jié)構(gòu)時的創(chuàng)造性.日本在總結(jié)空
氣支承膜結(jié)構(gòu)失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,從不同方面繼續(xù)研究開發(fā)新型空氣膜結(jié)構(gòu)[10]的求索精神,也是值
得我們學(xué)習(xí)的.
我國在空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域取得了不少值得稱賀的成果,擁有了較堅實的理論與技術(shù)儲備以及力量較
雄厚的技術(shù)隊伍.隨著研究工作的不斷深入以及諸多大型膜結(jié)構(gòu)工程實踐的增加,廣開思路,突破
原有的思維模式,更新一些概念與觀點,一定會開拓出具有原創(chuàng)性的理論研究新成果,創(chuàng)造出更為
先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)體系.
3.3.重視設(shè)備更新,加速工藝改革
隨著我國膜結(jié)構(gòu)市場的活躍,膜結(jié)構(gòu)企業(yè)在數(shù)量上呈不斷增加的趨勢,其中不少已屬具有一定
規(guī)模的骨干企業(yè).但也有些裝備低劣,技術(shù)素質(zhì)較低的企業(yè)混跡其間,他們常以低廉的價格,"靈活"
的手段獲取工程,以低價,低等級膜材替代設(shè)計要求的膜材,其結(jié)果只能是交出一個加工粗糙,留
有缺陷的工程.不僅給這些企業(yè)造成損失,更重要的是還將殃及行業(yè)的整體形象.這種現(xiàn)象在網(wǎng)架
行業(yè)也曾出現(xiàn)過,年輕的膜結(jié)構(gòu)行業(yè)更需引以為鑒.
膜結(jié)構(gòu)擁有較高的技術(shù)含量,面對市場的激烈競爭,膜結(jié)構(gòu)企業(yè)更應(yīng)擺脫粗放型的施工與管理,
提高施工水平,重視設(shè)備更新,加快工藝改革的步閥.一些有條件的骨干企業(yè)應(yīng)爭取擁有自控加工
設(shè)備,實現(xiàn)由CAD向CAM轉(zhuǎn)化.進(jìn)一步改善,提高加工制作手段,全面提高技術(shù)水平,抓好質(zhì)量
管理,樹立品牌形象,以產(chǎn)品質(zhì)量競爭,服務(wù)質(zhì)量競爭替代以價格為主要手段的低層面競爭.適應(yīng)
日趨激烈的國內(nèi),國際建筑市場競爭的需要.
3.4,健全行業(yè)組織,促進(jìn)膜結(jié)構(gòu)的健康發(fā)展
當(dāng)前我國膜結(jié)構(gòu)正處于迅速發(fā)展時期,具有廣闊的發(fā)展前景.為促進(jìn)膜結(jié)構(gòu)的健康發(fā)展,中國
鋼協(xié)空間結(jié)構(gòu)分會膜結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會于2002年12月在北京成立.這是膜結(jié)構(gòu)行業(yè)的一件盛事.
根據(jù)膜結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會工作條例,委員會將團結(jié),聯(lián)系會員單位,積極宣傳推廣膜結(jié)構(gòu),組織
制定膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)措施,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)程,加強會員單位間的交流與溝通,促進(jìn)膜結(jié)構(gòu)行業(yè)友
好競爭,共同發(fā)展.
目前正在編制的《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上已完成報批稿,待規(guī)程批準(zhǔn)頒發(fā)
實施后應(yīng)及時組織規(guī)程的宣講,培訓(xùn),并組織編寫規(guī)程應(yīng)用指南.使更多的設(shè)計人員了解膜結(jié)構(gòu),
熟悉膜結(jié)構(gòu),不斷提高設(shè)計水平,大膽創(chuàng)新,創(chuàng)作優(yōu)秀的膜結(jié)構(gòu)作品,推出精品工程.
相信膜結(jié)構(gòu)將在我國遼闊的大地上在其****適用范圍內(nèi)充分展現(xiàn)出它的魅力.珍惜膜結(jié)構(gòu)發(fā)展
的大好春光,積極推動膜結(jié)構(gòu)的健康發(fā)展,愿膜結(jié)構(gòu)的明天更美好.
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 藍(lán)天,劉楓.中國空間結(jié)構(gòu)的二十年.第十屆空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文集,2002
[2] 李中立,張文英等.青島體育場膜結(jié)構(gòu)挑蓬.第九屆空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文集.2000.9
[3] 黃達(dá)達(dá).索膜結(jié)構(gòu)在我國的工程應(yīng)用實例.鋼結(jié)構(gòu)與建筑業(yè),2001.2
[4] 向陽,郭正興.威海市體育場看臺挑蓬.鋼結(jié)構(gòu)與建筑業(yè),2002.4
[5] 劉錫良.現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu).天津:天津大學(xué)出版社,2003.6
[6] 劉文光.杭州游泳館膜結(jié)構(gòu)工程.工業(yè)建筑,1999.11
[7] 聶世華,錢若軍等,膜結(jié)構(gòu)技術(shù)評述,空間結(jié)構(gòu),1999.6
[8] 黃玉英.第二代PVDF建筑工程膜材的關(guān)鍵技術(shù)及工程實例.鋼結(jié)構(gòu)與建筑業(yè),2002.6
[9]唐澤靖子.用于膜結(jié)構(gòu)建筑的膜材料.世界建筑,2002.3
[10] Kazuo, I.. Membrane Designs and Structures in the World. Shinkenchiku-sha Co., Ltd., Tokyo, March 31, 1999
膜結(jié)構(gòu)縱橫談——訪中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會空間結(jié)構(gòu)分會理事長藍(lán)天教授
藍(lán)天：1927年5月生，1948年上海圣約翰大學(xué)工學(xué)院土木工程學(xué)士，1950年美國明尼蘇達(dá)大學(xué)研究院碩士，現(xiàn)任中國建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所研究員。長期以來從事于大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究與工程實踐，致力于網(wǎng)架、懸索與膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與開發(fā)。曾參加與主持多項科研項目，其中重要的有：國家自然科學(xué)基金項目，張拉結(jié)構(gòu)的計算分析、外形設(shè)計與試驗研究，建設(shè)部"八五"科研項目，懸索與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)的研究，目前承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重大項目課題中的專題項目：新型預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)體系及其形態(tài)分析理論的研究。此外還先后主持與參加了六本有關(guān)網(wǎng)架、網(wǎng)殼與懸索技術(shù)規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)的編制與修訂，在國內(nèi)外先后發(fā)表了40多篇學(xué)術(shù)論文。1993年第四屆國際空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議上，被授予"空間結(jié)構(gòu)先驅(qū)獎"，1996年獲建設(shè)部科技進(jìn)步一等獎，1997年獲國家科技進(jìn)步二等獎。
提起膜結(jié)構(gòu)，人們往往把它跟作為臨時性建筑的帳篷的聯(lián)系起來，但自從70年代以來，膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域各種形式的建筑中，膜結(jié)構(gòu)這種古老的結(jié)構(gòu)形式，隨著現(xiàn)代建筑科技的發(fā)展，猶如浴火重生的鳳凰，再度煥發(fā)青春活力，成為一種能夠代表當(dāng)今建筑技術(shù)和材料科學(xué)發(fā)展水平的新型結(jié)構(gòu)體系，并以強大的生命力展現(xiàn)了美好的發(fā)展前景。
為了讓建筑界乃至社會了解膜結(jié)構(gòu)，本刊特別推出膜結(jié)構(gòu)專題（見上期，本文因故未及刊登），并專門采訪了多年來在膜結(jié)構(gòu)領(lǐng)域辛勤耕耘的專家藍(lán)天教授。藍(lán)教授長期以來從事大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究與工程實踐，致力于網(wǎng)架、懸索與膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與開發(fā)。他曾參加與主持多項科研項目，其中包括國家自然科學(xué)基金項目，張拉結(jié)構(gòu)的計算分析、外形設(shè)計與試驗研究，建設(shè)部"八五"科研項目，懸索與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)的研究，目前承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重大項目課題中的專題項目：新型預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)體系及其形態(tài)分析理論的研究。他現(xiàn)任中國建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所研究員，是中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會空間結(jié)構(gòu)分會理事長。在采訪過程中，藍(lán)天教授就膜結(jié)構(gòu)的歷史、材料、發(fā)展成就、存在問題、發(fā)展前景以及在中國的發(fā)展做了詳細(xì)的介紹，令記者大開眼界，受益匪淺。
從臨時性建筑到永久建筑
記者：藍(lán)教授，您好！非常榮幸有機會向您請教。作為一種新興的結(jié)構(gòu)形式，膜結(jié)構(gòu)得到迅速發(fā)展，尤其是被廣泛應(yīng)用于體育建筑、展覽中心、商場、交通、文化娛樂、廣場、景觀等公共設(shè)施中，這不但廣受建筑領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的關(guān)注，也引起了大眾的興趣。我想，大家都想了解它。在此，您能否首先給大家介紹一下膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡史？
藍(lán)天：可以。膜結(jié)構(gòu)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。膜結(jié)構(gòu)的起源要上溯到遠(yuǎn)古時代，那時人們利用獸皮等建造的帳篷便是原始的膜結(jié)構(gòu)。進(jìn)入二十世紀(jì)以來，人們利用類似的原理，制造了飛艇、雷達(dá)天線罩等，使膜結(jié)構(gòu)首先在其它一些科技領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。同時，作為臨時性建筑，如野營帳篷、馬戲團大棚、臨時性倉庫等也曾被應(yīng)用。但膜結(jié)構(gòu)作為一種真正的現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為：1970年日本大阪萬國博覽會出現(xiàn)的空氣支撐膜結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著膜結(jié)構(gòu)時代的開始。在新千年交接之際，英國建造了"千年穹頂"，直徑320m的圓形屋頂采用了整體張拉膜結(jié)構(gòu)，集中體現(xiàn)了20世紀(jì)建筑科技的精華。剛剛結(jié)束的在2002韓日世界杯，其20個賽場中有11個采用了膜結(jié)構(gòu)建筑�？梢哉f，三十年來，膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，膜結(jié)構(gòu)這種古老的結(jié)構(gòu)形式，已經(jīng)成為一種能夠代表當(dāng)今建筑技術(shù)和材料科學(xué)發(fā)展水平的新型結(jié)構(gòu)體系。
一種理想而富有生命力的結(jié)構(gòu)形式
記者：那么，相對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，膜結(jié)構(gòu)有哪些優(yōu)點？
藍(lán)天：籠統(tǒng)地說，膜結(jié)構(gòu)自重輕、跨度大、施工期短、便于工廠化生產(chǎn)、制作和安裝簡易、經(jīng)濟效益良好，而且也有較好的耐久性、耐火性、透光性與自潔性，不失為一種理想而富有生命力的結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)由于采用織物制成，其突出的優(yōu)點是重量特輕，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比有著數(shù)量級的差別，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度建筑上實現(xiàn)所遇到的困難，因而可以覆蓋更大的建筑空間。由于膜結(jié)構(gòu)多變的支撐結(jié)構(gòu)和柔性膜材，使其建筑造型更加多樣化，可創(chuàng)造更加自由、美觀的建筑形體和更豐富的建筑語言。跟傳統(tǒng)的建筑不同的是，膜結(jié)構(gòu)工程所有的加工和制作都可以按照設(shè)計在工廠內(nèi)完成，在現(xiàn)場只是進(jìn)行安裝作業(yè)，施工周期幾乎快一倍。膜材有較高的反射性及較低的光吸收，并且熱傳導(dǎo)性較低，這極大程度上阻止陽光能進(jìn)入室內(nèi)；而膜材的透光性又保證了適當(dāng)?shù)淖匀宦⑸涔庹彰魇覂?nèi)。因此膜結(jié)構(gòu)在節(jié)能方面有它的獨特效果。至于膜結(jié)構(gòu)的自潔性，膜材表面即使聚集了一些灰塵，在雨水沖刷后，仍能保持皎潔的外貌。
記者：我們宣傳膜結(jié)構(gòu)，也要直面膜結(jié)構(gòu)的缺點，您認(rèn)為它的主要缺點是什么？
藍(lán)天：事物都是一分為二的，對于膜結(jié)構(gòu)的缺點我們也不能隱諱。先說它的耐久性，就和一般所謂"百年大計"的概念不一樣。當(dāng)前膜材生產(chǎn)廠商最長的保證年限也只有15－25年，雖然通過實際工程考驗，玻璃纖維膜材使用了25年以上仍保持了良好性能，但和傳統(tǒng)的混凝土或鋼材相比，還是略遜一籌。另外，膜結(jié)構(gòu)對氣候十分敏感，在雨、雪的作用下，容易產(chǎn)生一種"袋狀效應(yīng)"，也就是雨、雪越積越多，最后導(dǎo)致膜材撕裂。過去曾有好幾個充氣結(jié)構(gòu)發(fā)生過這樣的事故，以至人們對空氣支承膜結(jié)構(gòu)、也就是一般所說的充氣結(jié)構(gòu)是否適用也產(chǎn)生了懷疑。當(dāng)然，如果處理得當(dāng)，充氣結(jié)構(gòu)是還是有它的適用范圍。由于膜結(jié)構(gòu)屬于柔性體系，風(fēng)振也往往是個問題，這種結(jié)構(gòu)在風(fēng)作用下的動力響應(yīng)還是一個有待于研究的課題。
膜結(jié)構(gòu)還面臨著一個尖銳的環(huán)保問題，不論是聚酯或玻璃纖維的膜材都是不可再生的。一旦到達(dá)了使用年限，被拆除的膜材就成為一大堆城市垃圾而無法處置。像過去建造膜結(jié)構(gòu)比較多的日本現(xiàn)在已經(jīng)敲起了警鐘。為了解決這個問題，目前有些國家正在研究可回收再利用的膜材。
膜材進(jìn)步推動膜結(jié)構(gòu)發(fā)展
記者：過去人們總是習(xí)慣地把膜結(jié)構(gòu)看作臨時性建筑的帳篷，但短短幾十年時間，膜結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)登入了"永久性建筑"的殿堂，您覺得主要原因是什么？
藍(lán)天：我想，關(guān)鍵的問題就是材料，膜結(jié)構(gòu)只有在材料問題得到解決后才得以大量應(yīng)用。70年代美國所開發(fā)的玻璃纖維織物，涂覆的面層采用了聚四氟乙烯（PTFE，商品名稱Teflon-特氟�。�，這種膜材從一開始就以強度高、耐火不燃、自潔性好等優(yōu)異性能得到用戶的青睞，為膜結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)用起了積極推動作用。當(dāng)初，這種膜材的保證使用年限是25年，1973年首次應(yīng)用于美國加利福尼亞拉維恩學(xué)院一個學(xué)生活動中心屋頂上。經(jīng)過20多年的考驗，材料還保持著70-80%的強度，仍然透光并且沒有褪色。使用經(jīng)驗表明，這種織物不但有足夠的強度承受張力，在使用功能上也能滿足要求。從樂觀的估計來說，它的使用年限將遠(yuǎn)不止如當(dāng)初所預(yù)計的25年。
膜結(jié)構(gòu)另外一種用得比較多的材料是以聚酯織物為基材，加上乙稀基的涂層。與上述的玻璃纖維膜材相比，其強度等性能稍差，使用年限也較短，但價格卻很便宜，大約在1/5左右。這種材料****的缺點是在骯臟和污染的侵襲下顏色變得難看、透光率降低，并容易破壞涂層而影響了膜材的使用年限。為了改進(jìn)其性能可采用在涂層外再加一層面層。這種面層不但能保護織物抵抗紫外線，而且能大大改進(jìn)其自潔性。
最早采用的面層是PVF（聚氟乙烯），其商品名稱是泰德拉（Tedlar），在美國已使用多年，效果良好。PVF面層需要一種特殊的粘合劑粘著在膜材表面，加層之后材料顯得有點硬。另外一種較新的面層是PVDF（聚氟乙烯），法國法拉利公司推出的氟羅托普T（Fluotor T）就是采用了這種熱壓的面層，是當(dāng)前一種比較成熟的膜材，其價格雖然是一般聚酯膜材的2.5倍，但仍不到玻璃纖維膜材的一半。
記者：正如您所說，膜結(jié)構(gòu)得以推廣的關(guān)鍵是膜材的進(jìn)步，如果我們把玻璃纖維膜材的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用看作膜材的"一次騰飛"，那么膜材的"二次騰飛"將會是什么樣子？目前在這膜材方面有什么發(fā)展動向？
藍(lán)天：我認(rèn)為，膜材的"二次騰飛"有待于進(jìn)一步改進(jìn)合成材料的性能和種類，使膜材更加滿足作為建筑材料的要求。目前，已經(jīng)有人在研制柔韌的鋰合金作為基材以代替玻璃纖維，能夠充分克服玻璃纖維的脆性。復(fù)合材料的改性是目前尖端的"邊緣學(xué)科"，估計會有一個比較長的研制和推廣應(yīng)用過程。
膜結(jié)構(gòu)在國際上方興未艾
記者：我記得您說過，一種工程結(jié)構(gòu)是否能得到推廣應(yīng)用，是否能得到認(rèn)可，首先要看建了多少工程？您能否就一些典型工程實例談一談膜結(jié)構(gòu)取得的成就？
藍(lán)天：好的。前面我們談過，1970年日本大阪萬國博覽會出現(xiàn)的空氣膜結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著膜結(jié)構(gòu)時代的開始。當(dāng)時的美國館擬橢圓形、軸線尺寸為140m×83.5m，由美國的蓋格爾(D.Geiger)與貝格爾(H.Berger)設(shè)計其結(jié)構(gòu)，它不但是世界上第一個大跨度的膜結(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。與此同時，還有一個氣脹式膜結(jié)構(gòu)，用于直徑約50m的富士館。
大阪博覽會閉幕之后，作為臨時性建筑的美國館與富士館都已拆除，但它們的出現(xiàn)具有劃時代的意義，此后膜結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)的迅猛的發(fā)展，表明它已經(jīng)遠(yuǎn)不是過去那種臨時的大棚，即使對膜結(jié)構(gòu)的采用比較謹(jǐn)慎的日本，在1988年東京后樂園棒球場空氣膜結(jié)構(gòu)建成之后，在建筑法規(guī)中正式認(rèn)定膜結(jié)構(gòu)可用于永久性建筑。
從跨度來說，美國龐提亞克的"銀色穹頂"氣承式膜結(jié)構(gòu)的平面尺寸有234.9m×183m，類似的大型體育館在北美就建了九座。從面積來說，沙特阿拉伯吉大機場候機大廳的懸掛膜結(jié)構(gòu)占地42萬平方米，當(dāng)時是世界上面積****的膜結(jié)構(gòu)。
60年代，美國富勒提出了"張拉整體"的概念，即以連續(xù)的受拉鋼索為主，以不連續(xù)的壓桿為輔，組成一種結(jié)構(gòu)體系，然而他的概念始終沒有在工程中得以實現(xiàn)，其后蓋格爾把這種概念運用到以索、膜與壓桿組成的"索穹頂"上，并成功地建造了直徑自93 m到210 m的體育館。作為膜結(jié)構(gòu)一種新形式的索穹頂，是膜結(jié)構(gòu)體系的一大進(jìn)展，自從1988年用在漢城奧運會的體操館與擊劍館以來，又在一些體育建筑中得到推廣應(yīng)用，例如1996年亞特蘭大奧運會的"佐治亞穹頂"，擬橢圓形的尺寸達(dá)240m×193m，美國佛羅里達(dá)的"太陽海岸穹頂"，圓形直徑達(dá)210m。
記者：我注意到，近年來好多展覽建筑采用了膜結(jié)構(gòu)，您能否就此介紹一下？
藍(lán)天：不錯，近年來膜結(jié)構(gòu)展覽建筑方興未艾。隨著人類交流的不斷擴大，這幾年世界上幾乎每一個大城市都在興建融會議與展覽于一體的會議展覽中心，其面積往往達(dá)上萬平方米，其中的展覽場地就要求一個大跨度的空間，中間不設(shè)柱子；即使有柱子，柱網(wǎng)也要在25m以上。此外，對展覽來說，最好有自然采光以提供足夠的光線。這樣，膜結(jié)構(gòu)就是適宜的選型。
對于展覽建筑，首先要提的當(dāng)然是倫敦泰晤士河畔的千年穹頂，這是英國政府為迎接21世紀(jì)而興建的總造價達(dá)7億多英磅的大型綜合性展覽館，包括一系列展示與演出的場地，以及購物商場、餐廳，酒吧等。其穹頂直徑320m，周圈大于1000m，有12根穿出屋面高達(dá)100 m的桅桿，屋蓋采用圓球形的張力膜結(jié)構(gòu)。膜面支承在72根幅射狀的鋼索上，膜材用涂聚四氟乙烯的玻璃纖維織物。為了防止結(jié)露，又增加了能隔音、隔熱的內(nèi)層。
另外值得一提的建筑是90年代美國西海岸的圣選戈會議中心。該中心總面積達(dá)16萬m2，包括地下停車場，露天劇院和展覽館，其展覽大廳屋頂上采用象帆一樣的膜結(jié)構(gòu)，91.5 m×91.5 m的敞開式展覽館由5個帳篷式膜結(jié)構(gòu)組成，其上覆蓋以聚四氟乙烯涂層玻璃纖維膜材。為了自然通風(fēng)，膜結(jié)構(gòu)頂部開孔以便排出熱空氣，孔上另設(shè)置防雨的膜材板。
記者：如今各種跨度的體育建筑，如體育館、游泳館、溜冰館、足球場、訓(xùn)練館、健身房等等都能見到膜結(jié)構(gòu)的蹤影，由此可見體育建筑也是膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用的一個熱門領(lǐng)域。
藍(lán)天：不錯，體育建筑歷來是膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用的熱門領(lǐng)域，并且在技術(shù)上也進(jìn)一步有所創(chuàng)新。
在體育建筑中，敞開式的體育場看臺挑篷采用膜結(jié)構(gòu)是最合適的了。近代體育場屋頂?shù)膽姨艨缍仍絹碓酱�，覆蓋的范圍也發(fā)展到了全部看臺。作為采用膜結(jié)構(gòu)的看臺挑逢來說，以受拉內(nèi)環(huán)、索桁架與受壓結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系是一種適宜的選型。像1990年世界杯足球賽意大利羅馬奧運會體育場（平面尺寸308m×237m）、1993年世界田徑錦標(biāo)賽德國斯圖加特體育場（280m×255.6m，****懸挑跨度66.5m）都采用了這種形式。前二者還是在原有體育場上進(jìn)行改建，重量很輕的膜結(jié)構(gòu)為此提供了有利的長件。然而體育場的發(fā)展并未到此為止，中間比賽場地部分的頂蓋能做成晴天開敞、雨天遮蔽的開閉結(jié)構(gòu)。象加拿大蒙特利爾體育場，從高168 m的斜塔上懸掛著一個傘形膜結(jié)，覆蓋了200m×100m的比賽場。此外，像前面提到的索穹頂也多次被運用在體育場館上。
需要特別指出的是，世界杯足球賽對膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用，因為每次比賽都要在承辦國若干個城市新建或改建足球場，膜結(jié)構(gòu)所占的比例也不斷增加。例如1990年世界杯賽在意大利舉行，羅馬奧運會體育場的改建和巴里足球與田徑場的新建都采用了膜結(jié)構(gòu)。1998年法國里昂的熱郎體育場為世界杯足球賽而擴建的看臺，也采用了膜材覆蓋。今年韓日世界杯足球賽的20個賽場中有11個是形式各異的膜結(jié)構(gòu)建筑。
事實表明，膜結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為當(dāng)今體育場館的主要建筑形式之一。
記者：膜結(jié)構(gòu)在交通建筑方面的應(yīng)用情況如何？有什么典要工程？
藍(lán)天：交通建筑指的是為火車、長途汽車、輪船和飛機等交通工具而配置的建筑，主要包括旅客和貨物集散的運輸總站以及車站站臺、停車場、收費站與室外通道的頂蓋。以運輸總站而言，前面提到的沙特阿拉伯吉大機場候場大廳的懸掛傘形膜結(jié)構(gòu)，堪稱膜結(jié)構(gòu)的大手筆。前幾年美國丹佛國際機場打破了傳統(tǒng)模式，首先在候機大廳上使用了張拉膜結(jié)構(gòu)。大廳長274m，寬67m，以17個帳篷形膜結(jié)構(gòu)組成，由于丹佛位于經(jīng)常下雪、氣候不利的地區(qū)，該建筑在大跨度交通建筑上為膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用樹立了典范。其他如英國在英法海峽海底遂道一端的車站，以及法國里昂的車站，雖然面積不大，仍然顯示了膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。因此，膜結(jié)構(gòu)不僅適用于大跨度建筑，小跨度乃至小品建筑也有膜結(jié)構(gòu)充分馳騁的天地。
千年穹頂?shù)木?
記者：前段時間，《福布斯》雜志評出了世界上十大最"難看"的建筑，英國倫敦的千年穹頂居然高居榜首，很難讓人相信，這個耗資７億多英鎊、設(shè)計科學(xué)、造型華美并凝聚了諸多當(dāng)代科技和智慧的"世紀(jì)工程"竟然會落得如此下場。據(jù)有關(guān)報道稱，自千年穹頂于2000年最后一天被迫關(guān)閉以來，僅各種基本的維持費用幾近3000萬英鎊，而為了讓它徹底"退役"也耗資1000萬英鎊。迄今，英國已經(jīng)為這座大廈扔掉了近８億英鎊。這件事給我們什么警示，它會不會影響膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展？
藍(lán)天：對于一個建筑的美或丑，往往有不同的評判準(zhǔn)則，見仁見智，我不想多作評論。我想指出的是，對于一個工程項目的好壞，技術(shù)和管理應(yīng)該分開來看，我認(rèn)為英國千年穹頂在膜結(jié)構(gòu)技術(shù)上是成功的，而在經(jīng)營管理上是失敗的。其實大型場館的經(jīng)營問題不單是千年穹頂所獨有的，前幾年在日本盛行"穹頂熱"，建造了不少大型的多功能體育館，現(xiàn)在他們發(fā)現(xiàn)這些設(shè)施已經(jīng)過剩了，怎么利用成為一個大問題。即使在中國，一些大型體育場館的閑置也令經(jīng)營者們大傷腦筋�？纯匆恍w育館只得靠開商品展銷會來維持的確令人感到悲哀。
2002年八月份，在參加了第五屆國際空間結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議之后，我特地去拜訪了處于倫敦郊區(qū)的千年穹頂。我是懷著一種類似"朝圣者"的心情去的。當(dāng)我看到高聳入云的桅桿和潔白的膜材屋面，深深感到當(dāng)代建筑技術(shù)在這里得到了升華。與之形成強烈反差的是大門緊鎖、不得其門而入，門前偌大的廣場上只有幾個練習(xí)滑旱冰的年輕人，只有從穹頂前數(shù)不盡的入口和寬廣的停車場可以想象當(dāng)年車水馬龍的興旺景象。不管怎樣，我認(rèn)為千年穹頂給我們的警示，不是膜結(jié)構(gòu)能否發(fā)展，而是大型場館如何經(jīng)營。
膜結(jié)構(gòu)在中國尚處起步階段
記者：聊了那么多膜結(jié)構(gòu)在國際上的發(fā)展，既然它是那么優(yōu)秀而有生命力的結(jié)構(gòu)形式，我想大家都非常關(guān)心它在的中國的發(fā)展情況，在此請您給大家介紹一下。
藍(lán)天：總的來說，近年來，膜結(jié)構(gòu)在中國發(fā)展速度很快，但與世界先進(jìn)水平相比，中國膜結(jié)構(gòu)尚處于起步階段，其發(fā)展還存在著較大的差距。估計目前每年大約有10萬m2的膜結(jié)構(gòu)工程，基數(shù)很小，因此年增長率也會更高一些，但是工程面積的絕對值與先進(jìn)水平相比還是較低的。
一種新結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生與壯大，必須具備一定的理論基礎(chǔ)。膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算有一定的難度，要考慮非線性膜單元以及形狀確定、剪載等問題，除了理論與試驗研究外，還要有實用的計算機程序。目前在中國還沒有一支專門的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計隊伍，而一般設(shè)計部門對膜結(jié)構(gòu)也知之甚少。從七十年代開始，已經(jīng)有一些研究單位和高等學(xué)校對膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，如膜材的力學(xué)特征、膜結(jié)構(gòu)的初始形狀確定、非線性分析、剪裁分析以風(fēng)振等問題，并進(jìn)行了模型試驗，在膜結(jié)構(gòu)的開發(fā)上建立了一定的技術(shù)儲備。
值得注意的是：中國已出現(xiàn)了一批專門從事于膜結(jié)構(gòu)制作與安裝的企業(yè)，這此專業(yè)化工廠的建立，對于推廣膜結(jié)構(gòu)是十分有利的。此外，由于我國建筑市場對膜結(jié)構(gòu)技術(shù)的需求有大幅度的增長趨勢，國外各大著名膜結(jié)構(gòu)技術(shù)公司紛紛登陸我國，這也刺激了我國膜結(jié)構(gòu)事業(yè)的發(fā)展。
記者：工程建設(shè)情況是最能直接反映一種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用水平的指標(biāo)，我國膜結(jié)構(gòu)工程建設(shè)的情況如何呢？
藍(lán)天：早在六十年代，在上海展覽館就采用過一個臨時性的空氣支承式空氣膜結(jié)構(gòu)，此后很長時間進(jìn)展不大，僅是在北京及上海曾進(jìn)口過兩個跨度不大的氣承式空氣膜，分別用來處長蓋網(wǎng)球館與游泳館。這幾年，中國的膜結(jié)構(gòu)取得了不少進(jìn)展，并且出現(xiàn)了向大型工程發(fā)展的苗頭，其中體育場具有舉足輕重的影響。1997年上海第八屆全運會的八萬人體育場，其挑篷采用了以徑向懸挑鋼桁架組成的大跨度空間結(jié)構(gòu)，上覆以傘形膜結(jié)構(gòu)，這是中國首次將膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用到大面積的永久性建筑上。接著是專門用于足球比賽的上海虹口體育場，采用了鞍形大懸挑空間索桁架支承的膜結(jié)構(gòu)。這二個體育場采用的是進(jìn)口的玻璃纖維織物，施工安裝也主要依靠外國公司。這不但傳播了國外的先進(jìn)經(jīng)驗，還激勵了中國人用自己的力量修建膜結(jié)構(gòu)，影響深遠(yuǎn)。繼上海體育場之后，****的膜結(jié)構(gòu)工程當(dāng)屬青島頤中體育場的看臺屋蓋。面積有30000㎡挑篷由70個膜錐單元組成，使屋蓋呈現(xiàn)波浪形。其他如武漢體育場，面積也有30000m2，由上下外環(huán)梁和內(nèi)環(huán)索支承著波形膜屋蓋，浙江義烏體育會展中心的看臺挑篷采用了兩片沿主看臺對稱布置的梭狀膜結(jié)構(gòu)，挑篷前沿由斜拉索懸吊在四根桅桿上。最近威海、煙臺、南寧等地的體育場，也都考慮了膜結(jié)構(gòu)方案。
記者：在中國，您認(rèn)為哪些領(lǐng)域的最能發(fā)揮膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢？
藍(lán)天：參考國外經(jīng)驗并結(jié)合我國的具體情況，我覺得應(yīng)該實行大中小并舉的方針。在大跨度建筑中，對于需要自然采光的體育館、層覽館等，膜結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)與半透明性最能適應(yīng)這種要求。近年來在世界足球與國際比賽的體育場中，越來越多的看臺挑篷都采用了膜結(jié)構(gòu)，因為它符合了懸跨度大與半敞開式建筑的特點。此外，像嬉水樂園、海洋館之類的建筑，膜結(jié)構(gòu)也是極好的選型。在中小跨度建筑中，膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有著廣闊的天地，象健身房、網(wǎng)球館、農(nóng)貿(mào)市場、倉庫、行人街………小至售貨亭、候車亭、走廊等都可采用，以量大面廣而取勝。
記者：從您上面的介紹中可以看出，中國在膜結(jié)構(gòu)的材料、設(shè)計與施工已經(jīng)建立了一定的基礎(chǔ)，可以說，中國膜結(jié)構(gòu)市場在短短幾年的時間里，可能走完了別人十年的道路，但也出現(xiàn)了一些問題，比如最近業(yè)界非常關(guān)注的惡性競爭問題。據(jù)我所知，有十年的時間，韓國政府明確表示在任何公共工程不使用膜結(jié)構(gòu)，據(jù)說都是惡性競爭惹的禍。這實在值得我們認(rèn)真思考。對于惡性競爭，您有什么看法？
藍(lán)天：惡性競爭不單在膜結(jié)構(gòu)市場有，在網(wǎng)架、輕鋼等市場也屢屢產(chǎn)生。關(guān)于惡性競爭的后果是人人皆知的。互相壓價搞得人人俱傷，還出現(xiàn)了許多不規(guī)范、不公平的腐敗現(xiàn)象。為了彌補損失只得降低產(chǎn)品質(zhì)量，給工程留下了隱患，最終還是影響了整個行業(yè)的信譽，可是為了眼前的利益，是屬于“殺鳩止渴”。我認(rèn)為其中有企業(yè)的認(rèn)識問題，也有行業(yè)管理問題。最近空間結(jié)構(gòu)協(xié)會正在醞釀成立一個膜結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會，成為廣大膜結(jié)構(gòu)企業(yè)的行業(yè)性組織。其中有一項工作就是想通過行業(yè)自身的力量來規(guī)范膜結(jié)構(gòu)市場，希望能有助于解決惡性競爭的問題。
記者：聽說國家已經(jīng)開始關(guān)注膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展，有關(guān)單位正在積極編制膜的設(shè)計、施工、驗收等相關(guān)規(guī)范，藍(lán)教授有沒有這方面的消息給大家透露一下？
藍(lán)天：是的，空間結(jié)構(gòu)協(xié)會正在組織這項工作。2001年8月，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會通過輕型鋼結(jié)構(gòu)委員會向我們下達(dá)了"膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程"的編制任務(wù)。隨后組成了一個包括9個單位的規(guī)程編制組，成員包括國內(nèi)知名的高等學(xué)校、科研、設(shè)計單位以及企業(yè)的代表，其中有兩名中國工程院士以及膜結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者。這個規(guī)程是********個有關(guān)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制作、安裝與維護的指導(dǎo)性文件。在排除了外界的干擾后，規(guī)程的編制工作正在有序地進(jìn)行，預(yù)計將于2003年完成。
記者：為在中國推廣應(yīng)用膜結(jié)構(gòu)，您覺得應(yīng)該加強那方面的工作？
藍(lán)天：我覺得要在中國推廣應(yīng)用膜結(jié)構(gòu)，還要在材料、造價、觀念、行業(yè)健康發(fā)展等方面多做點工作。
在材料方面，目前國內(nèi)的一些企業(yè)已經(jīng)生產(chǎn)出不同規(guī)格的建筑織物，但其數(shù)量與質(zhì)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求。試制與生產(chǎn)建筑織物往往是企業(yè)自發(fā)而為，缺少國家的指導(dǎo)與支持。這些企業(yè)對現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)的要求了解得不透，對市場動向掌握得不多，加上產(chǎn)品質(zhì)量問題，使膜結(jié)構(gòu)制造商往往轉(zhuǎn)向進(jìn)口膜材�；仡櫮そY(jié)構(gòu)發(fā)展的歷程，70年代美國一些大企業(yè)有能力聯(lián)合研制并生產(chǎn)"特氟隆"涂覆的玻璃纖維織物，在中國完全有條件由國家指定一、二個實力較強的企業(yè)，專門從事于建筑織物的研制與生產(chǎn)，并在投資上予以支持，以便在較短時間內(nèi)扭轉(zhuǎn)建造織物生產(chǎn)的落后局面。如能早日生產(chǎn)出符合要求的建筑織物就會降低造價，并將為大量推廣膜結(jié)構(gòu)創(chuàng)造條件。
膜結(jié)構(gòu)在性能上具有不少優(yōu)點，在造價上也應(yīng)做到低廉。當(dāng)前國內(nèi)常用的屋面材料有：壓型鋼板（造價150元/㎡），聚碳酸酯板（造價700元/㎡）玻璃（造價800元/㎡）。膜結(jié)構(gòu)的造價必須與此相當(dāng)或略高才有競爭力，因此建議首先考慮生產(chǎn)以聚酯為基材，加PVC涂層與PVDF面層的織物，在研制過程中要著重解決材料的耐火性與耐久性（使用年限）。
生產(chǎn)力的進(jìn)步跟思想觀念有著密切的聯(lián)系。膜結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用也有待于觀念問題的解決。目前，有些用戶對膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識停留在馬戲團大棚一類臨時性建筑的概念上，同時對膜結(jié)構(gòu)的使用年限，即使保證25年，與"基本建設(shè)百年大計"相比，用戶仍是心存疑慮，因此要大力加強對膜結(jié)的宣傳與科普教育，改變社會上的看法。更重要的是建成一批質(zhì)量優(yōu)良的膜結(jié)構(gòu)工程為加強其影響。例如上海體育場的建成，就推動了好幾個體育場采用膜結(jié)構(gòu)。
膜結(jié)構(gòu)技術(shù)，不論是設(shè)計、制作或施工，對廣大技術(shù)人員來說都是新事物，因此當(dāng)一項工程要考虎采用膜結(jié)構(gòu)時，往往是處于“不敢用”、“不會用”的狀態(tài)。為此，對技術(shù)人員也要開展膜結(jié)構(gòu)的教育與提高。一方面，要開辦各種講習(xí)班、交流會、使設(shè)計人員、生產(chǎn)人員掌握膜結(jié)構(gòu)的基本知識，這對建筑師尤為必要。另一方面，還應(yīng)培養(yǎng)一批膜結(jié)構(gòu)設(shè)計與生產(chǎn)的專業(yè)人才，提高其業(yè)務(wù)水平。此外，為了進(jìn)一步推廣應(yīng)用、保證工程質(zhì)量，要盡快編制膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工規(guī)程。
還有就是膜結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展問題。對于膜結(jié)構(gòu)這一新興行業(yè)，一開始就應(yīng)引導(dǎo)它向健康的道路上發(fā)展，因此行業(yè)管理也應(yīng)提到日程上來了。
21世紀(jì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流
記者：您是如何看待膜結(jié)構(gòu)的前景呢？
藍(lán)天：20世紀(jì)的工程實踐表明，由于新材料、新形式的不斷出現(xiàn)，膜結(jié)構(gòu)具有強大的生命力，必將是下一個世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流。此外，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)一步發(fā)展及環(huán)保要求的提高，天然材料和傳統(tǒng)的古老建筑材料必將被輕、薄且保溫隔熱性能良好的高強輕質(zhì)材料所取代。膜結(jié)構(gòu)技術(shù)將在這項變革中扮演重要的角色，成為"綠色建筑體系"的寵兒，并將得到廣泛的應(yīng)用。
記者：您能否在一些具體的指標(biāo)方面預(yù)測一下膜結(jié)構(gòu)的前景呢？
藍(lán)天：不敢說預(yù)測，但是根據(jù)以往的發(fā)展和趨勢，可以做一個展望，展望而已，僅作參考。
在市場產(chǎn)值方面，膜結(jié)構(gòu)將會保持較快的增長勢頭。按照法蘭克福博覽會提供的資料，全世界建筑織物的銷售量在1990年為21億美元，10年內(nèi)以年均增長率4.1%的速度增加，到2000年可達(dá)33.9億美元，這在某種程度上反映了采用建筑織物的膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展速度。進(jìn)入21世紀(jì)，估計膜結(jié)構(gòu)仍會以略高于4%的增長率繼續(xù)發(fā)展。至于我國，隨著以北京奧運工程、西部大開發(fā)等為標(biāo)志的新一輪建設(shè)熱潮的到來，膜結(jié)構(gòu)也將會迎來一個快速發(fā)展的時期。由于我國膜結(jié)構(gòu)總的產(chǎn)值基數(shù)不大，因此年增長率會高于世界平均水平。
總之，我對膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展是抱樂觀態(tài)度的，還是那句話：膜結(jié)構(gòu)必將成為21世紀(jì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流！
記者：謝謝藍(lán)教授的精彩論述。
藍(lán)天：我也要感謝貴刊提供一個這么好的機會，讓我談?wù)剬δそY(jié)構(gòu)的一些看法和想法，不一定正確，希望得到大家的批評和指正。我從1990年開始，對膜結(jié)構(gòu)感興趣并進(jìn)行了一些研究和探索，也努力想在中國介紹和推廣這種新型結(jié)構(gòu)。近幾年膜結(jié)構(gòu)在中國的發(fā)展呈現(xiàn)了急劇上升的勢頭，這是我所始料不及的。特別令我感到欣慰的是，在膜結(jié)構(gòu)這片新開墾的土地上人才輩出，不論是設(shè)計、研究或是施工、管理方面，我都看到了非常能干的年輕人。相信中國的膜結(jié)構(gòu)在他們手中必將更加發(fā)揚光大。此外，還想借貴刊傳達(dá)這么一個信息：就是我這個與生俱來的名字"藍(lán)天"也帶來了一些誤會�，F(xiàn)在有不少網(wǎng)架廠、波形拱廠都以藍(lán)天命名，不明真相的人都以為是我開的，其實和我毫不相干，說不定哪一天又會出現(xiàn)一個藍(lán)天膜結(jié)構(gòu)公司呢！其實我一介書生，對經(jīng)營企業(yè)既沒有本事，又沒有精力去做，甚至一些公司要聘作顧問，也都被我婉言拒絕了。另外，近來有一位在網(wǎng)上頗為活躍的“蘭天”，有人也以為是我的化名。這位蘭天對膜結(jié)構(gòu)發(fā)表了許多很好的意見，有些我也有同感，但我實在不敢掠人之美。
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