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膜结构的历史
日期:2012-3-21 17:12:16

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美国工程师盖格(D.Geiger)是气承式膜结构的先驱者,他设计了大阪博览会的美国馆,其后又将改进的玻璃纤维膜材用于"银色穹顶"。由于气承式膜结构出现过的多次事故,使他察觉到空气支承的潜在缺陷,转而寻求其他的支承方式。在此之前,美国的发明家和工程师富勒(B.Fuller)提出了"张拉整体(Tensegrity)"的概念,即以连续的受拉钢索为主,以不连续的压杆为辅,组成一种结构体系,然而他的概念始终没有在工程中实现。盖格创造性地把这个概念运用到以索、膜与压杆组成的"索穹顶"(cable
            dome)设计上,荷载从中心受拉环通过一系列幅射状脊索,受拉环索与斜拉索传到周围的受压圈梁上。索穹顶首先用在1986年韩国汉城奥运会的体操馆与击剑馆上,其直径分别为120m与93m。其后又得到了不断的发展,跨度最大的是美国佛罗里达州的"太阳海岸穹顶",直径达210m。此外,美国李维(M.levy)也继承了"张拉整体"的构想,并采用了富勒的三角形网格,设计了双曲抛物面的张拉整体穹顶,其代表作就是
            1996年在美国亚特兰大举行的奥运会主馆--佐治亚穹顶,这个240mX192m的椭圆形索膜结构成为世界上最大的室内体育馆。主要依靠索来支承膜的索穹顶是膜结构体系的一大进展。
              膜材也完全可以支承在平面或空间结构上,如拱、网壳等,其材料可选用钢、木或铝合金。象日本秋田天空穹顶采用了钢结构的空间拱系,而位于同一地区的大馆穹顶,178mX157m卵形平面上以双向胶合木拱支承着双层膜面。膜结构还可以采用桅杆作为支承,赋予建筑立面以新的变化,第一个采用涂覆PTFE玻璃纤维织物的拉维思学生活动中心屋顶由4个圆锥形的帐蓬组成,每一个圆锥体有一倾斜
            15度的桅杆,支承膜材的钢索就由桅杆顶部幅射状地伸向周围的圈梁。英国千年穹顶的12根桅杆穿出了屋面,膜面支承在72根幅射状的钢索上,这些钢索则通过斜拉吊索与系索由桅杆所支撑,吊索与系索对桅杆起稳定作用。在这些建筑中,传统的承重结构与先进的膜面形成了完美的结合。
 对膜结构能否用在永久性建筑上一向比较慎重的日本,却在东京后乐园采用了气承式膜结构。它在构造上与以前在美国建造的空气膜结构没有什么差别,其主要特点是在屋顶上采用了先进的自动控制系统,同时屋面膜材为双层,其间有循环的热空气,以融化雪。这个号称为机械、电子与土建相结合的智能建筑,确保了膜结构的安全与体育馆的正常运行。然而,曾几何时,昂贵的运转与维持费用又使后乐园背上了沉重的经济包袱。近年来日本大量建造穹顶,而没有继续采用气承式膜结构。1997年日本熊本公园体育场主屋盖采用了加劲索的双层气胀式膜结构,使空气再一次作为膜的支承。熊本穹顶融合了车轮型双层圆形悬索和气胀式膜结构的特点,成为一种新型的杂交结构。直径107m的圆形屋顶宛如一朵浮云覆盖着体育馆,双层膜之间的充气量远小于要对整个室内空间充气的气承式膜结构。一旦漏气,屋盖还可由钢索支承,不至于塌落。

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