一級(jí)結(jié)構(gòu)工程師資料之索膜結(jié)構(gòu)技術(shù)(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(jié)構(gòu)技術(shù)先驅(qū)的德國(guó)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(huì)德國(guó)館創(chuàng)造性地大規(guī)模成功運(yùn)用了索膜建筑技術(shù)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(dāng)代高新技術(shù)更廣泛地介入并將索膜建筑技術(shù)推向一個(gè)新高潮。索膜建筑之所以能得到今天這樣廣泛的應(yīng)用，與近年來高新科技的發(fā)展對(duì)社會(huì)、環(huán)境、藝術(shù)和當(dāng)代生活等方面的深刻影響不無關(guān)系,當(dāng)今對(duì)技術(shù)的尊崇已成為一種時(shí)尚。

　　眾所周知，羅杰斯(Rogers)和皮亞諾(Piano)的蓬皮杜中心設(shè)計(jì)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(shù)表現(xiàn)和索膜建筑方面的卓越實(shí)踐，則在更高層次上達(dá)到了建筑與技術(shù)的高度和諧統(tǒng)一。當(dāng)然，以往的所謂“高技派”和今天的“理性技術(shù)表現(xiàn)”實(shí)在不可同日而語。以往的“高技派”只是把”技術(shù)”作為一種符號(hào)，利用反叛“現(xiàn)代主義”所形成的“對(duì)比反差”實(shí)現(xiàn)他們構(gòu)想的新理念，體現(xiàn)他們的建筑新思維。今天的“理性技術(shù)表現(xiàn)”才是真正把技術(shù)邏輯和技術(shù)手段作為建筑藝術(shù)表現(xiàn)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)真實(shí)的技術(shù)邏輯加以升華和提煉，追求技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合。

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

　　索膜建筑是伴隨著當(dāng)代電子、機(jī)械和化工技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展的，是現(xiàn)代高科技在建筑領(lǐng)域中的體現(xiàn)。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)一步發(fā)展，使人類面臨著保護(hù)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(shù)必將被輕而薄且保溫隔熱性能良好的的高強(qiáng)輕質(zhì)材料所取代。索膜建筑技術(shù)在這項(xiàng)變革中將扮演重要角色，其在建筑領(lǐng)域內(nèi)更廣泛的應(yīng)用是可以預(yù)見的。

　　近年來，我國(guó)建筑市場(chǎng)對(duì)索膜建筑技術(shù)的需求明顯有大幅度增長(zhǎng)的趨勢(shì)，國(guó)外各大著名索膜技術(shù)專業(yè)公司紛紛“登陸”我國(guó)，如英國(guó)的布羅?哈波爾德(Buro Happold)和蘭德雷(Landrell)美國(guó)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(dòng)了我國(guó)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(shí)還是可以從結(jié)構(gòu)方式上簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)方式的高度靈活性和適應(yīng)性，此種方式的應(yīng)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(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，但造價(jià)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(jié)構(gòu)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(qiáng)大結(jié)構(gòu)作用發(fā)揮不足等，有人將其稱之為二次重復(fù)結(jié)構(gòu)。骨架方式與張拉方式的結(jié)合運(yùn)用，?？扇〉酶挥谧兓慕ㄖЧ９羌苁剿髂んw系建筑表現(xiàn)含蓄，結(jié)構(gòu)性能有一定的局限性，造價(jià)低于張拉式體系。

　　2.3 充氣式：充氣式索膜建筑歷史較長(zhǎng)，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(yīng)用面較窄。但充氣式索膜體系造價(jià)較低，施工速度快，在特定的條件下又有其明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　3 索膜建筑的靈魂――預(yù)張力

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

　　1)使索膜建筑富有迷人的張力曲線和變幻莫測(cè)的空間;

　　2)使整體空間結(jié)構(gòu)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(fēng)、大雪等極不利荷載狀況;

　　5)使膜體減少磨損、延長(zhǎng)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(yīng)當(dāng)指出的是：預(yù)張力不是在施工過程中可隨意調(diào)整的“安裝措施”，而是在設(shè)計(jì)初始階段就需反復(fù)調(diào)整確定的，在設(shè)計(jì)與施工全過程中務(wù)必確保的核心與關(guān)鍵。從這個(gè)意義上講，沒有經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的適當(dāng)預(yù)張力措施的膜體覆蓋物，不屬于索膜建筑范疇。

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