國內(nèi)外膜結(jié)構(gòu)發(fā)展應(yīng)用概況
在國外應(yīng)用很廣的膜結(jié)構(gòu)或索膜結(jié)構(gòu)在我國還剛剛處于艱難起步階段。除了設(shè)計理論儲備和生產(chǎn)條件方面的原因外，缺少符合建筑要求的國產(chǎn)膜材是一個主要的制約因素。從國外情況看，1970年大阪萬國博覽會上的美國館采用氣承式膜結(jié)構(gòu)（俗稱充氣結(jié)構(gòu)），首次使用以聚氯乙烯（PVC）為涂層的玻璃纖維織物，受到廣泛注意，其準(zhǔn)橢圓平面的軸線尺寸達(dá)14Om x 835m，一般認(rèn)為是第一個現(xiàn)代意義的大跨度膜結(jié)構(gòu)。70年代初杜邦公司開發(fā)出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名稱Teflon）為涂層的玻璃纖維織物，這種膜材強(qiáng)度高，耐火性、自潔性和耐久性均好，為膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用起到了積極推動作用。從那時起到1984年，美國建造了一批尺度為138m-235m的體育館，均采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，取得了極佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但這種結(jié)構(gòu)體系也出現(xiàn)了一些問題，主要是田于意外漏氣或氣壓控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而使屋面下癟，或由于暴風(fēng)雪天氣在屋面形成局部雪兜而熱空氣融雪系統(tǒng)又效能不足導(dǎo)致屋面下癟甚至事故。這些問題使人們對氣承式膜結(jié)構(gòu)的前途產(chǎn)生懷疑，美國自1985年以后在建造大型體育館時沒有再使用這種結(jié)構(gòu)形式。們把更多的注意力轉(zhuǎn)到張拉式的膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)。但如前面所提，日本在1988年建成的東京后樂園棒球館仍然采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，不過應(yīng)用了極為先進(jìn)的自動控制技術(shù)，而且采用雙層膜結(jié)構(gòu)，中間可通熱空氣融雪；中央計算機(jī)自動監(jiān)測風(fēng)速、雪壓、室內(nèi)氣壓、膜和索的變形及內(nèi)力，并自動選擇最佳方法來控制室內(nèi)氣壓和消除積雪。
張拉式膜（或索-膜）結(jié)構(gòu)自80年代以來在發(fā)達(dá)國家獲得極大發(fā)展。這種體系與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)類似，張緊在剛性或柔性邊緣構(gòu)件上，或通過特殊構(gòu)造支承在若干獨立支點上，通過張拉建立預(yù)應(yīng)力，并獲得確定形狀。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得體育場外徑288m，其看臺挑蓬由24個連在一起的形狀相同的單支柱帳篷式膜結(jié)構(gòu)單元組成。每個單元懸掛于中央支柱，外緣通過邊緣索張緊在若干獨立的錨固裝置上，內(nèi)緣則蹦緊在直徑為133m的中央環(huán)索上。1993年建成的美國丹佛國際機(jī)場候機(jī)大廳采用完全封閉的張拉式膜結(jié)構(gòu)平面尺寸305mx67m，由17個連成一排的雙支柱帳篷式單元組成，每個長條形的單元由相距45.7m的兩根支柱撐起。這兩個工程是比較典型的大型張拉式膜結(jié)構(gòu)的例子。另外還有一類骨架支承式膜結(jié)構(gòu)。例如日本秋田縣的“天穹”（Sky dome）是一個切去兩邊的球面穹頂（D=130m），其主要承重結(jié)構(gòu)是一系列平行的格構(gòu)式鋼拱架，蒙以膜材后，用設(shè)在兩拱中間的鋼索向下拉緊，并在屋面上形成V形排水（雪）溝槽。這種骨架是支承式膜結(jié)構(gòu)的例子也是很多的。然而由美國工程師Geiger根據(jù)Fuller的張拉集合體（Tensegrity）概念發(fā)展起來的所謂“索穹頂”（Cable Dome），也許是近10年來最為膾炙人口的一種新穎張拉體系。Tensegrity原是指由連續(xù)的拉桿與分散的壓桿組成的自平衡體系，其指導(dǎo)思想是充分發(fā)揮桿件的受拉作用。然而嚴(yán)格意義上的Tensegrity體系未能在工程中實現(xiàn)。Geiger進(jìn)行了適當(dāng)改造，提出了支承在圓形剛件周邊構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力拉索-壓桿體系，索沿輻射方向布置，并利用膜材作為屋面，他稱之為“索穹頂”，并首先用于1988年漢城奧運會的兩個體育館工程。美國的Levy進(jìn)一步發(fā)展這種體系，改用聯(lián)方形拉索網(wǎng)格，使屋面膜單元呈菱形的雙曲拋物面形狀，并用于1996年亞特蘭大奧運會體育館，其平面呈準(zhǔn)橢圓形，尺寸達(dá)24lmx192m.這類張拉式索-壓桿-膜體系，重量極輕，安裝方便，在大跨度和超大跨度建筑中極具應(yīng)用前景。
與世界先進(jìn)水平相比，中國在膜結(jié)構(gòu)方面的差距是十分明顯的。幾年來在理論研究方面做了不少工作，應(yīng)該說已建立起一定的理論儲備。在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面近年來也開始呈現(xiàn)比較活潑的勢頭。上海為迎接八運會于1997年建成的體育場其看臺挑篷采用鋼骨架支承的膜結(jié)構(gòu)，總覆蓋面積36100平米，是我國首次在大型建筑上采用膜結(jié)構(gòu)；但所用膜材是進(jìn)口的，施工安裝也由外國公司進(jìn)行，價格較昂貴。值得指出的是，中國已出現(xiàn)了專門從事膜結(jié)構(gòu)制作與安裝的企業(yè)，他們已興建了幾個較小型的膜結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)膜材的質(zhì)量也正在改進(jìn)。各種跡象表明，膜結(jié)構(gòu)這一族富有潛力的大跨空間結(jié)構(gòu)新成員在我國的發(fā)展已露出桅尖。
張拉式膜（或索-膜）結(jié)構(gòu)自80年代以來在發(fā)達(dá)國家獲得極大發(fā)展。這種體系與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)類似，張緊在剛性或柔性邊緣構(gòu)件上，或通過特殊構(gòu)造支承在若干獨立支點上，通過張拉建立預(yù)應(yīng)力，并獲得確定形狀。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得體育場外徑288m，其看臺挑蓬由24個連在一起的形狀相同的單支柱帳篷式膜結(jié)構(gòu)單元組成。每個單元懸掛于中央支柱，外緣通過邊緣索張緊在若干獨立的錨固裝置上，內(nèi)緣則蹦緊在直徑為133m的中央環(huán)索上。1993年建成的美國丹佛國際機(jī)場候機(jī)大廳采用完全封閉的張拉式膜結(jié)構(gòu)平面尺寸305mx67m，由17個連成一排的雙支柱帳篷式單元組成，每個長條形的單元由相距45.7m的兩根支柱撐起。這兩個工程是比較典型的大型張拉式膜結(jié)構(gòu)的例子。另外還有一類骨架支承式膜結(jié)構(gòu)。例如日本秋田縣的“天穹”（Sky dome）是一個切去兩邊的球面穹頂（D=130m），其主要承重結(jié)構(gòu)是一系列平行的格構(gòu)式鋼拱架，蒙以膜材后，用設(shè)在兩拱中間的鋼索向下拉緊，并在屋面上形成V形排水（雪）溝槽。這種骨架是支承式膜結(jié)構(gòu)的例子也是很多的。然而由美國工程師Geiger根據(jù)Fuller的張拉集合體（Tensegrity）概念發(fā)展起來的所謂“索穹頂”（Cable Dome），也許是近10年來最為膾炙人口的一種新穎張拉體系。Tensegrity原是指由連續(xù)的拉桿與分散的壓桿組成的自平衡體系，其指導(dǎo)思想是充分發(fā)揮桿件的受拉作用。然而嚴(yán)格意義上的Tensegrity體系未能在工程中實現(xiàn)。Geiger進(jìn)行了適當(dāng)改造，提出了支承在圓形剛件周邊構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力拉索-壓桿體系，索沿輻射方向布置，并利用膜材作為屋面，他稱之為“索穹頂”，并首先用于1988年漢城奧運會的兩個體育館工程。美國的Levy進(jìn)一步發(fā)展這種體系，改用聯(lián)方形拉索網(wǎng)格，使屋面膜單元呈菱形的雙曲拋物面形狀，并用于1996年亞特蘭大奧運會體育館，其平面呈準(zhǔn)橢圓形，尺寸達(dá)24lmx192m.這類張拉式索-壓桿-膜體系，重量極輕，安裝方便，在大跨度和超大跨度建筑中極具應(yīng)用前景。
與世界先進(jìn)水平相比，中國在膜結(jié)構(gòu)方面的差距是十分明顯的。幾年來在理論研究方面做了不少工作，應(yīng)該說已建立起一定的理論儲備。在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面近年來也開始呈現(xiàn)比較活潑的勢頭。上海為迎接八運會于1997年建成的體育場其看臺挑篷采用鋼骨架支承的膜結(jié)構(gòu)，總覆蓋面積36100平米，是我國首次在大型建筑上采用膜結(jié)構(gòu)；但所用膜材是進(jìn)口的，施工安裝也由外國公司進(jìn)行，價格較昂貴。值得指出的是，中國已出現(xiàn)了專門從事膜結(jié)構(gòu)制作與安裝的企業(yè)，他們已興建了幾個較小型的膜結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)膜材的質(zhì)量也正在改進(jìn)。各種跡象表明，膜結(jié)構(gòu)這一族富有潛力的大跨空間結(jié)構(gòu)新成員在我國的發(fā)展已露出桅尖。
