【摘要】
【關鍵詞】建筑膜結構織物材料市場
膜結構是建筑結構中最新發(fā)展起來的一種形式，它以性能優(yōu)良的織物為材料，或是向膜內充氣，由空氣壓力支撐膜面，或是利用柔性鋼索或剛性支撐結構將面繃緊，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大跨度空間的結構體系。自從1970年代以來，膜結構在國外已逐漸應用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務設施等大跨度建筑中。膜結構已成為結構設計選型中的一個主要方案。成為化纖紡織品應用的一個重要領域。近年來在中國建筑結構中也有長足的進展。
大阪萬國博覽會中的美國館采用了氣承式空氣膜結構。這個擬橢圓形、軸線尺寸為 140m×83.5m的展覽館是世界上第一個大跨度的膜結構，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)代工程結構，大阪萬國博覽會的展覽館標志著膜結構時代的開始。自此以后，膜結構在世界范圍內得到了迅猛的發(fā)展。從跨度來說,美國龐提亞克的\"銀色穹頂\"氣承式空氣膜結構的平面有234.9m×183m,開始采用聚四氟乙烯(PTFE)涂層的玻璃纖維織物，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構占地42萬m2。作為膜結構一種新形式，索穹頂于1988年首先用在漢城奧運會的體操館與擊劍館，其后又在一些體育建筑中得到推廣。千年穹頂以其獨特的膜結構，顯示了當今建筑技術與材料科學的發(fā)展水平。
發(fā)展中的中國膜結構
中國現(xiàn)代空間結構的發(fā)展受到了西方國家先進技術的影響。近幾年來，在膜結構應用上顯示了活躍的趨勢。雖然一開始工程規(guī)模不大，但已逐漸擴展到更大的面積和跨度。所采用的技術與材料在某種程度上還要依靠國外，但預計會有更多的工程依靠自己的力量來完成。
在過去十年中，中國的許多城市都在籌劃建設新的體育設施。由于其重量很輕的優(yōu)點，膜結構往往被采用。體育建筑可以說是膜結構在中國應用的突破口。1997年之前，只建造了少量的小型與中型的膜結構，同年在上海舉行的第七屆全國運動會，膜結構被用在主體育場的看臺挑篷，總面積達36100m2。這是********次將膜材制成的屋頂用在大面積的永久性建筑上，具有深遠的影響。當時涂PTFE的玻璃纖維膜材和工程安裝還借助于國外鵬騰公司的力量。在上海體育場成功的建成后，雖然它的價格仍高于傳統(tǒng)的結構，又出現(xiàn)了一些膜結構屋頂?shù)捏w育場。
頤中體育場座落在山東省的濱海城市青島，這是********個靠自己力量設計與施工的大型膜結構體育場，外包尺寸為266m×180m，可容納6萬觀眾。懸挑40m的屋蓋是一個包括膜、索和鋼支承結構的典型張拉體系，整個屋蓋由70個錐形索膜單元組成，總面積為30000m2。
環(huán)顧整個中國大地，新的體育中心正在一個接一個的規(guī)劃，膜結構成為覆蓋主體育場的優(yōu)選，估計已有十多個體育場采用。在大城市中有上海(虹口區(qū)足球場)、武漢、鄭州和廣州，在中小城市有煙臺、威海和蕪湖。另一個適宜采用膜結構的對象是室內體育館，在中國還剛開始。在華北的秦皇島體育館是第一個采用雙層膜的工程，其平面呈橢圓形，長短軸各為112m與98m。最近的一個實例是成都的水上樂園。這個有20000m2的大型建筑用來作為死海漂浮運動。一系列拱形鋼桁架跨越115m，上覆以PVC聚酯織物。
膜結構曾被用于覆蓋一些室內或室外的演出設施。大部分是由鋼框架支承的張拉膜結構。建成的實例有：長沙世界之窗劇場(3500m2)、深圳歡樂谷中心表演場(5800m2)、廣州海洋世界海豚館（2840m2）和天津泰豐風雨劇場(1000m2)等。世界之窗劇場建成于1998年，是早期采用PVC覆面膜材的工程之一。
由于圖內和國際上交流的擴展，需要許多新型的會議與展覽建筑。1999年在深圳召開了中國高新技術成果交易會，有兩個面積為2400m2的館采用了膜屋蓋，顯示了其輕質與透光的突出優(yōu)點。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議在此舉行而聞名。主會場即采用了膜結構，施工工期十分緊迫，4000m2的膜屋蓋在40天內完工。在廣西壯族自治區(qū)首府南寧建造了國際會議展覽中心。一個以膜材覆蓋的鋼穹頂位于多功能大廳上空成為整個建筑物的焦點。鋼結構內外兩邊采用雙層的PTFE玻璃纖維織物覆蓋。
膜結構還可用來覆蓋各種不同的小型建筑，如加油站、收費站、服務中心、大門入口以及遮陽設施等。雖然每個工程的面積只有幾百平方米，但工程的數(shù)量很多，把全國的工程加起來，膜的數(shù)量就很可觀了。
中國膜材十年仍未突破
膜結構只有在材料問題得到解決之后才得以大量推廣應用，因此關鍵問題是要提供滿足功能要求、耐久性好與經濟的膜材。用于膜結構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度高、半透明、耐火不燃以及自潔性好等優(yōu)點。雖然材料的保證年限是25年，但按照實際使用的經驗，其期望的使用壽命將會更長。玻璃纖維膜材的唯一缺點是價格較貴。PVC聚酯織物與玻璃纖維織物相比，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。加了改進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）。這種面層能保護織物抵抗紫外線的侵蝕，并改進其自潔性。
目前國內有好多廠家都能生產有PVC涂層聚酯織物，但其性能尚未能完全達到建筑織物的要求，作為建筑用的永久性材料尚需進一步提高。據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。
膜結構公司大量涌現(xiàn)
當前中國已出現(xiàn)了專門從事于膜結構制作與安裝的企業(yè),主要的有北京紐曼帝萊蒙膜建筑技術有限公司、北京市光翌空間膜技術工程有限公司等,它們都具有設計與生產的能力并已經在國內建造了一些PVC涂層織物的膜結構工程。最近的實例有青島頤中體育場和鄭州航海體育場的看臺挑篷，面積都有上萬平方米。此外,北京金騰盛膜結構技術公司、天津市康達膜材建筑工程有限公司、上海漢杰依膜結構技術公司、深圳欣望角空間膜技術開發(fā)公司也正在積極開展膜結構業(yè)務。過去一年中，引人注目的是在膜結構制造業(yè)中涌現(xiàn)了不少大大小小的廠家，估計至少有五十家，大部分位于中國的沿海城市。
值得注意的是,國外的膜材和膜結構制造商也紛紛在中國設立辦事處、代理商甚至合資企業(yè)。在膜材方面有法國的法拉利(Ferrari)、德國的米樂(Mehler)、比利時的希運(Sioen)、韓國的秀博(SuperTex)、日本的Chemfab (Saint Gobain代理)、德國的杜肯(Duraskin)以及日本的中興(Chukoh)等。在膜結構方面有美國的鵬騰(Birdair)公司、德國的濟豐(C+M)膜結構公司、歐洲的Skyspan公司等。日本的太陽工業(yè)(Taiyo Kogyo)公司已在北京設立了辦事處，并在上海設立了制造工廠。這充分說明中國這個廣闊的潛在市場也吸引了國外企業(yè)的興趣。
缺乏標準和規(guī)范
要在中國進一步推廣膜結構的應用，最主要的措施之一就是要制定標準和規(guī)范。由于大多數(shù)建筑師和工程師對這種新結構還不熟悉，標準規(guī)范可以作為設計與施工的指南。另外，這些技術文件將對制作與安裝提出要求，并對允許誤差作出規(guī)定。這將有助于保證膜結構的工程質量。這在中國有許多新的制造廠家進入這個行業(yè)之際顯得尤其重要。
幾年前，一些研究機構和高等學校已從事膜結構的研究與開發(fā)，并建立了技術儲備。大規(guī)模的膜結構建設也為制作與安裝提供了有益的經驗。此外，美國、日本、法國等先進國家所制定的規(guī)范標準也是可貴的參考。所有這些有利條件為在中國編制一本技術規(guī)程做好了準備。在空間結構協(xié)會主持下，\"膜結構技術規(guī)程\"編制組于2001年9月成立，編制組成員包括了研究院、設計院、大學和制造廠的代表。此后，編制組進行了大量的編寫工作。規(guī)程的草案在全國范圍內征求意見并通過了專家組的審查。規(guī)程的主要內容包括：總則與基本規(guī)定、材料、結構分析、構造、制作、安裝、工程驗收以及維護和保養(yǎng)。這個規(guī)程將報送中國工程建設標準化協(xié)會批準，可用于所有膜結構的設計與施工。
發(fā)展過程艱難但前景樂觀
從多年來國內外的實踐經驗來看，膜結構具有強大的生命力，必將是21世紀建筑結構發(fā)展的主流。預計最能發(fā)揮膜結構優(yōu)勢的應用領域有：
<SPAN style=""FONT-SIZE: " 15.0pt\? mso-bidi-font-size: AR-SA; mso-bidi-language: ZH-CN; mso-fareast-language: EN-US; mso-ansi-language: 1.0pt; mso-font-kerning: Roman\?; New \?Times mso-bidi-font-family: 宋體; FONT-FAMILY: 7.5pt;>▲需要自然采光的公共建筑,如體育館、訓練房、游泳館、展覽廳等,膜材的透光性能很好地解決采光問題,又可節(jié)約能源,并給人以一種處于大自然環(huán)境中的感覺。
<SPAN style=""FONT-SIZE: " 15.0pt\? mso-bidi-font-size: AR-SA; mso-bidi-language: ZH-CN; mso-fareast-language: EN-US; mso-ansi-language: 1.0pt; mso-font-kerning: Roman\?; New \?Times mso-bidi-font-family: 宋體; FONT-FAMILY: 7.5pt;>▲輕巧而美觀的膜結構用于敞開或半敞開建筑物的遮蔽屋蓋尤為適宜。近年來在足球、田徑等比賽的體育場中,越來越多的看臺挑篷都采用膜結構。國外很多露天劇院的舞臺、博覽會的展覽館也都以膜材作為頂蓋。在我國廣大地區(qū)的農貿市場也可大力推廣膜結構。
<SPAN style=""FONT-SIZE: " 15.0pt\? mso-bidi-font-size: AR-SA; mso-bidi-language: ZH-CN; mso-fareast-language: EN-US; mso-ansi-language: 1.0pt; mso-font-kerning: Roman\?; New \?Times mso-bidi-font-family: 宋體; FONT-FAMILY: 7.5pt;>▲各種類型的生產廠房與倉庫,其尺寸都比較規(guī)則,因而可采用膜結構并加以定型化、商品化。這種建筑有運輸、拆裝方便的優(yōu)點,對于緊急救災或災后重建也十分有用。
<SPAN style=""FONT-SIZE: " 15.0pt\? mso-bidi-font-size: AR-SA; mso-bidi-language: ZH-CN; mso-fareast-language: EN-US; mso-ansi-language: 1.0pt; mso-font-kerning: Roman\?; New \?Times mso-bidi-font-family: 宋體; FONT-FAMILY: 7.5pt;>▲在改造原有建筑物時,膜結構的自重輕是很大的優(yōu)點,可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的屋蓋。它也可用來連接毗鄰的房屋,例如在商場、廣場、校園中,這將有效地擴大其建筑空間。
中國膜結構的發(fā)展規(guī)模是十分鼓舞人心的，從1995年開始，當年只造了一個面積為3300m2的膜結構。從1996至2001年，六年內建造的膜結構估計達370,000m2。由于一些大型體育場的建成，膜結構的建設以平均每年20%的速度增長。2003年建造的膜結構約為180,000m2。當膜結構第一次用于上海體育場時，恐怕有很少人會看到這在推動膜結構發(fā)展的潛力。此后，膜材被用在大小不等的體育場篷蓋上，并占據了膜結構相當大的份額。最近廣州新白云機場候機樓采用了膜材作為屋蓋的一部分，就有巨大的58,000m2面積。候機大樓很可能成為膜結構的另一個潛在應用對象，因此有理由預測中國的膜結構將繼續(xù)以每年15-20%速度增長。
展望將來，隨著中國經濟的增長和文化生活的不斷豐富，將建造更多的具有新穎功能、形式多樣的建筑。大部分工程項目將實行國際招標，這必將吸引不少國外的設計、咨詢與施工單位來參與，無疑這會給中國帶來新的概念和先進的技術。同時還可以進一步帶動國產膜材的技術提升，也將為國內外膜材企業(yè)的交流與合作提供機會。
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