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构建气膜结构的成功因素
作者:膜结构设计    发布于:2011-08-27 16:25:34    文字:【】【】【

一、气膜建筑的历史和发展

        真正的气膜建筑是2005年从国外引进到中国的一种新型的建筑形式,在中国刚刚兴起。气膜建筑采用特殊的膜材作为建筑的维护结构,透过调整内外气压差形成具有一定的刚度,能够轻松覆盖超大跨度空间的特殊结构体系。室内无需任何梁柱,可轻松实现超过200米的跨度。20世纪40年代以来,借助先进的结构设计理论和轻质膜材料技术的的发展逐渐发展起来,充分体现了建筑艺术和技术科学的完美结合。

 

        气膜建筑主要应用于体育场馆、大型娱乐休闲设施、展览会馆、物流仓储及环保工业等大跨度建筑结构,其技术广泛应用在比较发达的国家,主要集中在美国、加拿大、日本及欧洲的部分国家。我国对气膜建筑的研究始于上世纪90年代初,当时与世界水平相比,无论是设计理念还是实践经验都存在一定差距,广大建筑师、设计院或使用方对气膜结构的认知程度都存在很大的局限性,所以气膜建筑在中国市场的推广和发展经历了一段相当艰难的时期。ASATI从上世纪60年代,把哈佛大雪的整个田径场用气膜建筑覆盖以后,充气膜建筑就在体育的领域得到了飞速的发展。

 

二、膜结构的分类及其中国市场分析:

膜结构根据结构特点和受力性能主要分为:张拉膜、充气膜及索膜穹顶,而索膜穹顶则是前两种结构的进一步深化和发展。伴随着膜结构在中国的推广,张拉膜异军突起,其结构形式被广泛应用于建筑小品、装饰等简单结构上,这种发展也促使在短短的几年里国内膜结构公司的数量成倍的增长。但值得关注的是,为什么充气膜当时没有发展起来?为什么充气膜作为膜结构的最初形式,其在大跨度场馆的诸多优势(超大跨度、构建灵活、节能环保等)没有先于张拉膜在中国发展起来?而且,最初很多膜结构公司也曾多次尝试构建充气膜结构的场馆,可最后都是以失败告终。究竟是什么原因?

 三、气膜结构在中国的发展:

 

从时间上,虽然气膜结构建筑在国外已有几十年的历史,但在中国,实际上第一个真正由国内企业组织构建的气膜场馆是位于南京建邺区南湖俱乐部羽毛球馆,由博德维(深圳)于2005年建造,此项目是中国第一个气膜室内体育场馆,而深圳博德维也是第一个真正把先进的气膜建筑系统带入中国,并能把国外气膜技术与中国的具体情况相结合的公司,使气膜建筑可以为中国用户提供四季可用的大型场馆。此建筑跨度为 27米,长44米,高11.6米,,在原有女儿墙(高1.4米)起拱,由于气膜建筑主要上受上扬力,自重轻,所以可轻松建于原有建筑物之上,不会对原建筑的安全和受力有任何的影响。项目建成后,人们对气膜的认知程度不断提高,从而相继在北京、青海、深圳等地建成了近10个气膜网球、羽毛球体育场馆,真正的使气膜建筑这种结构形式在中国开花结果。

近几年,由于是北京奥运会鸟巢、水立方等场馆对膜材的应用,使人们对膜结构建筑很快的接受和认识,同时也推动了气膜建筑在中国的发展进入了一个崭新的阶段。其应用范围,实用性能及建筑技术也为越来越多的人所关注,相关企业也对此行业跃跃欲试。

 


 

四、构建气膜结构的关键因素:

      气膜结构不同于张拉膜结构和刚性边界的膜结构,更不同于其他常规结构,其结构形状虽然没有张拉膜丰富,但其空间要求密闭,通过室内外气压差保持结构的稳定性和安全性,并要符合国内外规范要求和承受建筑的风雪荷载。它是集结构力学、机电系统、计算机技术及控制于一体的较高技术水平的系统化结构形式。可见气膜完全区别于传统的张拉膜膜结构,因此,它对构建企业的技术水平和经验有着相当高的要求,如果一个气膜建筑提供商没有气膜相关的专业设计计算书、专利技术、构建经验及相关规范标准,根本不可能为用户提供安全、舒适、低耗的大跨度场馆。这也是充气膜结构在中国时至今日才发展起的来的重要原因。

 

任何一种建筑结构的优劣,至关重要的就是它的稳定性、安全性及经济性。而前两方面又是保证建筑正常运行的关键因素。对于气膜建筑而言,内压值(英寸水柱wsp)则是其是否安全的致命因素,它是主要的风雪荷载承受体,在飓风暴雪的作用下,内压过大会使膜面撕裂,原理基本上类似于吹气球,当然如果充气过量的话,就会像气球一样“砰”的一声爆掉,但如果内压的增加不足以抵抗更大的风载和雪载,整个结构体就会有坍塌的危险。

 

通常我们将气膜的结构形式分为三种:“无钢缆的充气包”、“纵横钢缆的充气包”、“斜向网状钢缆的气膜建筑”。因此,气膜建筑的结构形式,直接决定了建筑是否安全。

不同的气膜结构形式,使其具有不同的内压值和风雪荷载,两者有着紧密的联系。普通的气膜建筑承受内压值为1.75wsp时,其只能承受32米/秒的大风和40kg/m2的积雪,如果要抵抗更大的风雪使内压高于其安全值,刚整个结构就会有坍塌的危险。

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体育设施:体育场/体育馆/网球场/游泳馆/训练中心/健身中心/高尔夫球场/看台主席台等张拉膜结构
交通设施:飞机场/火车站/汽车站/公交车站/码头/停车场/天桥连廊/加油站/收费站等张拉膜结构
景观设施:建筑出入口/标志性小品/广场标识/小区景观/步行街/膜建筑屋顶等张拉膜结构
工业设施:工厂/仓库/污水处理中心/物流中心/科研中心/温室等张拉膜结构51La