一級結構工程師資料之索膜結構技術(1)

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$lesson$　　1 索膜建筑語言表述特征

　　自從被尊為索膜建筑與結構技術先驅的德國建筑師弗賴?奧托(Frei Otto)第一次在1967年加拿大蒙特利爾博覽會德國館創(chuàng)造性地大規(guī)模成功運用了索膜建筑技術到今天,索膜建筑已經(jīng)歷了幾次起伏,每一次的起伏都使當代高新技術更廣泛地介入并將索膜建筑技術推向一個新高潮。索膜建筑之所以能得到今天這樣廣泛的應用，與近年來高新科技的發(fā)展對社會、環(huán)境、藝術和當代生活等方面的深刻影響不無關系,當今對技術的尊崇已成為一種時尚。

　　眾所周知，羅杰斯(Rogers)和皮亞諾(Piano)的蓬皮杜中心設計第一次向世人展現(xiàn)了所謂后現(xiàn)代主義“高技派”建筑，而他們近年來在建筑的技術表現(xiàn)和索膜建筑方面的卓越實踐，則在更高層次上達到了建筑與技術的高度和諧統(tǒng)一。當然，以往的所謂“高技派”和今天的“理性技術表現(xiàn)”實在不可同日而語。以往的“高技派”只是把”技術”作為一種符號，利用反叛“現(xiàn)代主義”所形成的“對比反差”實現(xiàn)他們構想的新理念，體現(xiàn)他們的建筑新思維。今天的“理性技術表現(xiàn)”才是真正把技術邏輯和技術手段作為建筑藝術表現(xiàn)的基礎，在此基礎上，對真實的技術邏輯加以升華和提煉，追求技術與藝術的完美結合。

　　索膜建筑所表達的“建筑語言特征”呈現(xiàn)明顯的“理性技術表現(xiàn)”傾向，高聳的桅桿、異型空間鋼結構體系、堅如射束的根根鋼索、富于機械藝術表現(xiàn)魅力的鋼制大型節(jié)點、充滿張力自然曲線的變幻膜體以及其他技術可望而不可及的大跨度自由空間，都給人以藝術感染力和某種程度上的技術神秘感，使索膜建筑更富于強調理性技術邏輯的表現(xiàn)特征。

　　索膜建筑是伴隨著當代電子、機械和化工技術的發(fā)展而逐步發(fā)展的，是現(xiàn)代高科技在建筑領域中的體現(xiàn)。隨著現(xiàn)代科技的進一步發(fā)展，使人類面臨著保護自然環(huán)境的使命，因此，天然材料和傳統(tǒng)的古老建筑材料與技術必將被輕而薄且保溫隔熱性能良好的的高強輕質材料所取代。索膜建筑技術在這項變革中將扮演重要角色，其在建筑領域內更廣泛的應用是可以預見的。

　　近年來，我國建筑市場對索膜建筑技術的需求明顯有大幅度增長的趨勢，國外各大著名索膜技術專業(yè)公司紛紛“登陸”我國，如英國的布羅?哈波爾德(Buro Happold)和蘭德雷(Landrell)美國的蓋格(Geiger)、伯戴爾(Birdair)，日本的光行太羊(Taiyo Kogyo)以及一些索膜專業(yè)制作商，這些企業(yè)的“登陸”己經(jīng)帶動了我國索膜建筑事業(yè)的大發(fā)展，可謂前程似錦。

　　2 索膜建筑的分類

　　索膜建筑的分類眾說紛紜，其實還是可以從結構方式上簡單地概括為張拉式、骨架式、充氣式三大類：

　　2.1 張拉式：張拉式索膜建筑可謂索膜建筑的精華和代表。由于其建筑形象的可塑性和結構方式的高度靈活性和適應性，此種方式的應用極其廣泛。有人又將張拉式再分為索網(wǎng)式、脊谷式等等。張拉式索膜體系富于表現(xiàn)力、結構性能強，但造價稍高，施工精度要求也高。

　　2.2 骨架式：骨架式索膜建筑常在某些特定的條件下被采用，是由于其結構方式本身的局限性：骨架體系自平衡，膜體僅為輔助物，膜體本身的強大結構作用發(fā)揮不足等，有人將其稱之為二次重復結構。骨架方式與張拉方式的結合運用，?？扇〉酶挥谧兓慕ㄖЧ?。骨架式索膜體系建筑表現(xiàn)含蓄，結構性能有一定的局限性，造價低于張拉式體系。

　　2.3 充氣式：充氣式索膜建筑歷史較長，但因其在使用功能上明顯的局限性，如形象單一、空間要求氣閉等，使其應用面較窄。但充氣式索膜體系造價較低，施工速度快，在特定的條件下又有其明顯的優(yōu)勢。

　　3 索膜建筑的靈魂――預張力

　　索膜建筑之所以能滿足大跨度自由空間的技術要求最關鍵的一點就是其有效的空間預張力系統(tǒng)。有人把索膜建筑稱為“預應力軟殼”，是預張力使“軟殼”各個部分(索、膜)在各種最不利荷載下的內力始終大于零(永遠處于拉伸狀態(tài))，從而使“軟殼”成為空間整體工作的結構媒體和建筑圍合材料，雙棲于建筑與結構兩界。預張力在索膜建筑中的關鍵作用是：

　　1)使索膜建筑富有迷人的張力曲線和變幻莫測的空間;

　　2)使整體空間結構體系得以協(xié)同工作;

　　3)使體系得以覆蓋大面積、大跨度無自由空間;

　　4)使體系得以抵抗狂風、大雪等極不利荷載狀況;

　　5)使膜體減少磨損、延長使用壽命，成為永久建筑;

　　6)使索膜建筑得以順暢排水;

　　7)使索膜建筑成為“可上人屋面”，為檢修提供便利條件。

　　應當指出的是：預張力不是在施工過程中可隨意調整的“安裝措施”，而是在設計初始階段就需反復調整確定的，在設計與施工全過程中務必確保的核心與關鍵。從這個意義上講，沒有經(jīng)過精心設計的適當預張力措施的膜體覆蓋物，不屬于索膜建筑范疇。

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