膜構(gòu)知識(shí)庫(kù)
氣承式張拉膜結(jié)構(gòu)介紹
氣承式膜結(jié)構(gòu)(充氣膜結(jié)構(gòu))是固定膜面周圍邊緣，對(duì)膜建筑室內(nèi)加壓使膜面鼓起至設(shè)計(jì)空間曲面，保持內(nèi)外壓差使膜面受壓以確保剛度，從而維持形態(tài)并抵抗荷載。
1917年,英國(guó)人W.Lanchester提出用鼓風(fēng)機(jī)吹脹膜布作為野戰(zhàn)醫(yī)院的設(shè)想，并申請(qǐng)了專利，但當(dāng)時(shí)由于技術(shù)條件的限制，只是一種設(shè)想,并沒(méi)有成為現(xiàn)實(shí)。
1946年,美國(guó)人Walter Bird建成第一個(gè)充氣膜結(jié)構(gòu)為美國(guó)軍方做了一個(gè)直徑15m，矢高18.3 m球形多譜勒雷達(dá)穹頂(Doppler Radome)（圖1），可以保護(hù)雷達(dá)不受氣候侵襲，又可讓電波無(wú)阻的通過(guò)，從而使相隔了29年的專利付諸實(shí)用。當(dāng)時(shí)采用以玻璃纖維為基布氯丁二烯橡膠為涂層的膜材。1950～1970年間，大量類似的穹頂相繼在美國(guó)、德國(guó)建造，最大直徑達(dá)到60m。1957年他又將自家的游泳池罩在一個(gè)充氣膜結(jié)構(gòu)中，并在美國(guó)的雜志上做了詳細(xì)的介紹，從而充氣膜結(jié)構(gòu)被世人知曉。
1967年第一屆國(guó)際充氣結(jié)構(gòu)會(huì)議在德國(guó)的斯圖加特召開，這無(wú)疑給充氣膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展注入了興奮劑。隨后各式各樣的充氣膜結(jié)構(gòu)如雨后春筍般的出現(xiàn)。
1970年日本大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)(EXPO'70，Oska，Japan)上,把膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地推向世界，開始了剛性結(jié)構(gòu)向柔性結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，成為膜結(jié)構(gòu)發(fā)展史上的里程碑。由于日本是個(gè)多震的國(guó)家,且博覽會(huì)會(huì)址多位于軟土地基，因此展館宜采用自重輕、抗震性能好，施工速度快且形態(tài)各異的膜結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)展館。由建筑師Davis Brody工程師David Geiger設(shè)計(jì)的美國(guó)館(The U.S. Pavilion)（圖2），其平面是一個(gè)139m×78m的橢圓形充氣膜結(jié)構(gòu)，膜材為聚氯乙烯(PVC)涂層的玻璃纖維織物，無(wú)柱大廳的屋面由32根沿對(duì)角線交叉布置的鋼索和膜布所覆蓋。它是世界上第一個(gè)大跨度低輪廓(小矢高)的氣承式膜結(jié)構(gòu)。
1988年，日本在東京后樂(lè)園棒球館（圖3）中采用了充氣膜結(jié)構(gòu)，其平面為橢圓形，對(duì)角線跨度為204m，屋頂高度達(dá)61m，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與以前的充氣結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大的區(qū)別，只有采用了雙層膜構(gòu)造并應(yīng)用了先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)。但運(yùn)行費(fèi)用昂貴，經(jīng)營(yíng)者幾乎不堪重負(fù)，之后世界各地再也沒(méi)有建造大型氣承式公共膜建筑。
充氣式膜建筑主要材料為膜和索，與普通膜建筑具有相似性。另外，錨固系統(tǒng)、進(jìn)出口通道系統(tǒng)、管槽線系統(tǒng)等可按一般鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。