膜結(jié)構(gòu)是一種全新的空間結(jié)構(gòu)形式，造型豐富、充滿(mǎn)張力、空間自由靈活、重量輕、抗震性能好、建設(shè)周期短。因此許多國(guó)家的奧運(yùn)會(huì)、世博會(huì)、園藝會(huì)的場(chǎng)館和其他民用建筑越來(lái)越多地采用膜結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)代意義上的膜結(jié)構(gòu)起源于20世紀(jì)初。1917年英國(guó)人W.Lanchester提出了用鼓風(fēng)機(jī)吹脹膜布用作野戰(zhàn)醫(yī)院的設(shè)想，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。但當(dāng)時(shí)這個(gè)發(fā)明只是一種構(gòu)想。直到1946年，該專(zhuān)利的第一個(gè)產(chǎn)品才正式問(wèn)世，這就是Watler Bird為美國(guó)軍方設(shè)計(jì)制作的一個(gè)直徑
15m的球形充氣雷達(dá)罩（圖1.1）。1957年他又將自家的游泳池罩在了一個(gè)充氣膜結(jié)構(gòu)中，并在美國(guó)的生活雜志上作了介紹，從此這種結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始被世人所認(rèn)識(shí)。
圖1.1美國(guó)軍方球形充氣雷達(dá)罩
20世紀(jì)50年代，德國(guó)建筑師Otto創(chuàng)立了預(yù)應(yīng)力膜結(jié)構(gòu)，并在帳篷制造公司的支持下完成了一系列張拉膜結(jié)構(gòu)。Otto的第一個(gè)現(xiàn)代張拉膜結(jié)構(gòu)是1955年為德國(guó)聯(lián)邦園藝博覽會(huì)設(shè)計(jì)的一個(gè)臨時(shí)性音樂(lè)臺(tái)。1957年他又為另一屆博覽會(huì)設(shè)計(jì)了更復(fù)雜的場(chǎng)館入口挑篷及音樂(lè)臺(tái)（圖1.2）。隨后，Otto將張拉索-膜結(jié)構(gòu)技術(shù)又向前推進(jìn)了一步，將索網(wǎng)引入張拉膜結(jié)構(gòu)中，1967年設(shè)計(jì)完成的加拿大Montreal博覽會(huì)的德國(guó)館就是其中一例（圖1.3）。該結(jié)構(gòu)平面變化極為自由，索網(wǎng)屋面或支或掛在11根布置靈活的桅桿上。那高聳的桅桿、變幻的曲面以及那富有機(jī)械技術(shù)表現(xiàn)力的節(jié)點(diǎn)形式給人以強(qiáng)烈的藝術(shù)感染力，使其成為20世紀(jì)最具影響力的建筑之一。德國(guó)館的成功也使建筑師Otto享譽(yù)世界。1972年Otto與Behnisch合作完成的Munich奧林匹克中心（圖1.4）為其又一力作。該結(jié)構(gòu)的形式與德國(guó)館類(lèi)似，不過(guò)，在該設(shè)計(jì)中他解決了柔性索網(wǎng)屋面與剛性玻璃幕墻的連接構(gòu)造問(wèn)題，使游泳池成為全封閉的室內(nèi)空間。這兩個(gè)設(shè)計(jì)向人們展示了柔性張拉結(jié)構(gòu)及其豐富的藝術(shù)表現(xiàn)力，也使得Otto成為膜技術(shù)的先驅(qū)者[2]。
圖1.2 德國(guó)聯(lián)邦園藝博覽會(huì)音樂(lè)臺(tái) 圖1.3加拿大Montreal博覽會(huì)德國(guó)館
圖1.4 Munich奧林匹克中心
膜結(jié)構(gòu)的第一次集中展示并引起社會(huì)廣泛關(guān)注與興趣的是在1970年日本大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上。由于日本是個(gè)多地震國(guó)家，且博覽會(huì)會(huì)址的地質(zhì)條件較差，各國(guó)建筑師與工程師便紛紛選擇了膜結(jié)構(gòu)這種自重輕、抗震性能好、施工速度快且形態(tài)各異的結(jié)構(gòu)形式作為臨時(shí)展館，如巨大而扁平的美國(guó)館（圖1.5）、彩虹狀的富士館（圖1.6）、蘑菇形的休息大廳、云一樣的節(jié)日廣場(chǎng)等。博覽會(huì)上的美國(guó)館是一個(gè)橢圓形充氣膜結(jié)構(gòu)，139mX78m無(wú)柱大廳的屋面由32根沿對(duì)角線(xiàn)交叉布置的鋼索和膜布所覆蓋。整個(gè)工程只用不到10個(gè)月時(shí)間就完成了，該設(shè)計(jì)不僅表現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)非凡的跨越能力，而且表現(xiàn)了其很好的經(jīng)濟(jì)性。富士館采用的是氣肋式膜結(jié)構(gòu)，平面為圓形，直徑50m，由16根直徑4m、長(zhǎng)78m的拱形氣肋圍成，氣肋間每隔4m用寬500mm的水平系帶把它們環(huán)箍在一起。中間氣肋呈半圓拱形，端部氣肋向圓形平面外突出，最高點(diǎn)向外突出7m。這也是迄今為止建成的最大的氣肋式充氣膜結(jié)構(gòu)。這次博覽會(huì)是薄膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的、商業(yè)化的向外界展示的開(kāi)始，是建筑業(yè)的一次革命，極大地推動(dòng)了薄膜結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用[3]。
圖1.5美國(guó)館 圖1.6 彩虹狀的富士館
在1989年的美國(guó)San Diego會(huì)議中心首次使用了“飛柱”（圖1.7），由5個(gè)91.5mX18.3m的張拉膜單元形成了寬敞無(wú)柱的大空間。該會(huì)議中心包括展覽廳、音樂(lè)廳及宴會(huì)廳等，素有美國(guó)的“悉尼歌劇院”之美稱(chēng)（圖1.8）。而1993年建成的Denver國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳（圖1.9）則被看做寒冷地區(qū)大型封閉張拉膜結(jié)構(gòu)的成功范例。其平面尺寸為305mX67m，由17個(gè)連成一排的雙支帳篷膜單元屋頂所覆蓋。屋頂由雙層PTFE膜材構(gòu)成，中間間隔600mm的空氣層，保證了大廳內(nèi)溫暖舒適并且不受飛機(jī)起落所產(chǎn)生的噪音的影響。設(shè)計(jì)中利用直徑達(dá)1m的充氣軟管解決了膜屋頂與幕墻之間相對(duì)位移時(shí)的構(gòu)造連接問(wèn)題。
圖1.7 San Diego會(huì)議中心飛柱
圖1.8 San Diego會(huì)議中心 圖1.9 Denver國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳
1986年建成的韓國(guó)漢城（現(xiàn)稱(chēng)首爾）亞運(yùn)會(huì)的體操館（直徑120m）及擊劍館（直徑90m）首次采用了索穹頂（圖1.10）[4]。
圖1.10 索穹頂
20世紀(jì)末，為迎接千禧年的到來(lái)，在倫敦的格林尼治半島北端建造了千年穹頂（圖1.11）。穹頂周長(zhǎng)1km，直徑365m，覆蓋面積100000m2，中心高度為50m，由12根100m高的鋼桅桿將圓球形膜屋頂?shù)跗?，這座穹頂集中體現(xiàn)了20世紀(jì)建筑技術(shù)的精華。
圖1.11 千年穹頂
