近幾年國(guó)際上有三個(gè)較大的活動(dòng):2012年5月韓國(guó)麗水世博會(huì),2012年7月英國(guó)倫敦奧運(yùn)會(huì),以及將于2014年舉行的巴西世界杯,圍繞這些活動(dòng)興建了許多工程,其中不乏優(yōu)秀的膜結(jié)構(gòu)工程。同時(shí),國(guó)際殼體與空間結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)(IASS)在不到一年的時(shí)間召開(kāi)了兩次大會(huì):2011年9月IABSE-IASS 倫敦大會(huì)上,交流了約800篇論文,2012年5月IASS-APCS首爾大會(huì)上交流了約300篇論文。2012年年初,國(guó)際工業(yè)織物協(xié)會(huì)(IFAI)2011年度33個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目頒布。筆者收集了其中有特點(diǎn)的膜結(jié)構(gòu)工程、項(xiàng)目以及關(guān)于膜結(jié)構(gòu)的研究,從中可以看出膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。
一、大型工程應(yīng)用如火如荼
1、張拉式膜結(jié)構(gòu)
美國(guó)休斯頓米切爾表演藝術(shù)中心是Horst Berger的收官之作,是典型的張拉式膜結(jié)構(gòu)。1990 年建成的該項(xiàng)目?jī)H3000 席位, 2009 年5月經(jīng)過(guò)改擴(kuò)建,達(dá)到6000 個(gè)席位。
沙特阿拉伯麥加DoKEEP大廈七棟大樓頂?shù)倪B體帳篷結(jié)構(gòu)總面積15000 m 2,帳篷里包含私人房間、 酒店設(shè)施及食肆等,是典型的張拉式膜結(jié)構(gòu)。這樣成片的高層樓頂應(yīng)用張拉式膜結(jié)構(gòu)還很少見(jiàn),工程難度主要是在300米高空的安裝。
2、骨架支承式膜結(jié)構(gòu)
巴西薩爾瓦多的新水源球場(chǎng)(Fonte Nova),建于1951年。為迎接巴西世界杯進(jìn)行改建,56000座,屋面采用28000 m2 PTFE膜材。
巴西東南部貝洛奧里藏特的米內(nèi)羅球場(chǎng)(Mineirao),建于1965年。此次翻新改建為66805座,屋面采用13000m2 TiO2/PTFE膜材。
巴西2014年世界杯在建足球場(chǎng)的報(bào)道不多,從收集到的資料看還有翻新改建的里約熱內(nèi)盧87101座的馬拉卡納球場(chǎng)(Maracana)和巴西南方阿雷格里港50287座的何塞 · 皮涅羅 (Jose Pinheiro Borda)河濱競(jìng)技場(chǎng)也采用了膜結(jié)構(gòu)。
韓國(guó)晉州體育場(chǎng)采用懸挑桁架加拱形檁條支承膜覆蓋。該體育場(chǎng)2010年6月韓國(guó)全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)建成,可容納20000人。該工程的特點(diǎn)是采用了三種膜材:膜屋面包括 72個(gè)單元,內(nèi)部屋頂(田徑場(chǎng)側(cè))采用半透明 TS-PTFE膜;主屋面(看臺(tái))采用PTFE膜;墻面采用PTFE網(wǎng)格膜以便通風(fēng)和聲音吸收。
3、索系支承式膜結(jié)構(gòu)
倫敦奧林匹克體育場(chǎng)在奧運(yùn)和殘奧期間是80000 座位的體育場(chǎng),賽后轉(zhuǎn)換成一個(gè)25000 座位的體育場(chǎng)。人字形柱支承外壓縮環(huán)桁架,內(nèi)張力環(huán)采用索,其間輻射布置雙層徑向索形成索網(wǎng),上覆112片PVC膜材張緊形成罩蓬,是典型的索系支承式膜結(jié)構(gòu)。燈塔A形柱立在內(nèi)張力環(huán)主索上,設(shè)后穩(wěn)定索和環(huán)向穩(wěn)定索。
阿根廷拉普拉塔足球場(chǎng)2003年開(kāi)放使用,當(dāng)時(shí)已完成屋面環(huán)梁。 平面為85 m半徑相交的兩個(gè)圓圈,中心距 48 m,提供兩個(gè)足球俱樂(lè)部分享,故稱(chēng)“雙星穹頂”,53000座席。2009年啟動(dòng)穹頂?shù)慕ㄔO(shè),周邊壓縮環(huán)采用三角形鋼桁架( 9 m寬、高13 m ),每側(cè)通過(guò)泰氟龍滑動(dòng)軸承釋放支承的徑向位移,以減小溫度應(yīng)力。索穹頂上弦徑向索聯(lián)方形布置,第一環(huán)增加了徑向索,下弦三道環(huán)向索。索定長(zhǎng),用兩個(gè)臨時(shí)塔架,逐環(huán)安裝,屋面覆蓋PTFE。由于常用的PTFE只有16%的透明度,不足以確保天然草生長(zhǎng),首次采用新膜材 UltraLUX,透明度為24%,但拉伸強(qiáng)度171 kg/cm,略低5%。已完成兩個(gè)外圈屋面的覆蓋,2011年2月進(jìn)行了2011年美洲杯的揭幕戰(zhàn)。
4、空氣支承式膜結(jié)構(gòu)
韓國(guó)忠州世界武術(shù)節(jié)劇場(chǎng)(2011年9月)由14個(gè)桁架柱支撐屋頂,三角形管桁架組成橢圓狀壓縮環(huán)。屋面采用透鏡型PTFE氣囊,面積30m×53m。氣囊內(nèi)部?jī)?nèi)部5m高,體積5630m3,內(nèi)壓350Pa。用索在氣囊上部和下部作加勁,短向7根Φ24索,長(zhǎng)向4根Φ24索,上弦考慮落雪長(zhǎng)向不設(shè)。上下索之間考慮φ12 聯(lián)系索,可減小壓縮環(huán)受力。這個(gè)結(jié)構(gòu)跨度不大,但可取的是嘗試了直接用氣囊做屋蓋結(jié)構(gòu)的一種新形式。
美國(guó)新澤西某校園充氣館58m寬,117m長(zhǎng),24m高。全天候用于足球、 和曲棍球,包括四條跑道。采用交叉索網(wǎng)系統(tǒng),可以提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。據(jù)報(bào)道可承受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和8kN/m2的雪,值得關(guān)注。用自動(dòng)控制系統(tǒng)保持溫度。夏天可輕松撤下,冬天重新安裝。