膜結(jié)構(gòu)建筑的特性


  膜結(jié)構(gòu)建筑作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨(dú)特的形態(tài)及膜材本身的性能。恰由于此,用膜結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)  景觀膜結(jié)構(gòu)建筑造出傳統(tǒng)建筑體系無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案。
  1、 輕質(zhì):張力結(jié)構(gòu)自重小的原因在于它依靠預(yù)應(yīng)力形態(tài)而非材料來(lái)保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。從而使其自重比傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的小得多,但卻具有良好的穩(wěn)定性。建筑師可以利用其輕質(zhì)大跨的特點(diǎn)設(shè)計(jì)和組織結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)件,將其輕盈和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。
  2、 透光性:透光性是現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)最被廣泛認(rèn)可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度,這對(duì)于建筑節(jié)能十分重要。對(duì)于一些要求光照多且亮度高的商業(yè)建筑等尤為重要。通過(guò)自然采光與人工采光的綜合利用,膜材透光性可為建筑設(shè)計(jì)提供更大的美學(xué)創(chuàng)作空間。夜晚,透光性將膜結(jié)構(gòu)變成了光的雕塑。
  膜材透光性是由它的基層纖維、涂層及其顏色所決定的。標(biāo)準(zhǔn)膜材的光譜透射比在10%~20%之間,有的膜材的光譜透射比可以達(dá)到40%,而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對(duì)光色的選擇可以通過(guò)涂層的顏色或是面層顏色來(lái)調(diào)節(jié)。
  通過(guò)膜材和透光保溫材料的適當(dāng)組合,可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個(gè)百分點(diǎn),膜屋面對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)依然是發(fā)亮和透光的,具有輕型屋面的觀感。
  3、柔性:張拉膜結(jié)構(gòu)不是剛性的,其在風(fēng)荷載或雪荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生變形。膜結(jié)構(gòu)通過(guò)變形來(lái)適應(yīng)外荷載,在此過(guò)程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會(huì)減小,直至能更有效抵抗該荷載。
  張拉結(jié)構(gòu)的靈活性使其可以產(chǎn)生很大的位移而不發(fā)生永久性變形。膜材的彈性性能和預(yù)應(yīng)力水平?jīng)Q定了膜結(jié)構(gòu)的變形和反應(yīng)。適應(yīng)自然的柔性特點(diǎn)可以激發(fā)人們的建筑設(shè)計(jì)靈感。
  不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韌性極佳,不會(huì)因折疊而產(chǎn)生脆裂或是破損,這樣的材料是有效實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)、可展開(kāi)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和前提。
  4、 雕塑感:張拉膜結(jié)構(gòu)的獨(dú)特曲面外形使其具有強(qiáng)烈的雕塑感。膜面通過(guò)張力達(dá)到自平衡。負(fù)高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結(jié)構(gòu)看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間。無(wú)論室內(nèi)還是室外這種雕塑般的質(zhì)感都令人激動(dòng)。
    夜晚的燈光使膜結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)出強(qiáng)烈的雕塑感張拉膜結(jié)構(gòu)可使建筑師設(shè)計(jì)出各種張力自平衡、復(fù)雜且生動(dòng)的空間形式。在一天內(nèi)隨著光線的變化,雕塑般的膜結(jié)構(gòu)通過(guò)光與影而呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。日出和日落時(shí),低入射角度的光線將突現(xiàn)屋頂?shù)那屎透〉裥Ч?,太?yáng)位于遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí),膜結(jié)構(gòu)的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的人工燈光也可使膜結(jié)構(gòu)成為光的雕塑。
  5、 安全性:按照現(xiàn)有的各國(guó)規(guī)范和指南設(shè)計(jì)的的輕型張拉膜結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性。輕型結(jié)構(gòu)在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩(wěn)定性。
  由于輕型結(jié)構(gòu)自重較輕,即使發(fā)生意外坍塌,其危險(xiǎn)性也較傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)小。膜結(jié)構(gòu)發(fā)生撕裂時(shí),若結(jié)構(gòu)布置能保證桅桿、梁等剛性支承構(gòu)件不發(fā)生坍塌,其危險(xiǎn)性會(huì)更小。
  膜結(jié)構(gòu)的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態(tài)承載。當(dāng)然,結(jié)構(gòu)的布置和形狀要根據(jù)荷載情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。設(shè)計(jì)要確何膜面與其輔助結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)工作,以避免力在膜面或輔助結(jié)構(gòu)上集中而達(dá)結(jié)構(gòu)破壞的臨界值。
  6、 功能:由于張拉膜結(jié)構(gòu)的自身特性,其可以滿足從簡(jiǎn)單遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)到功能復(fù)雜的大型建筑等許多不同的建筑功能要求,并且對(duì)于有些功能要求只有它才是最為適合的。
  7、 極具表現(xiàn)力的建筑形態(tài):具有特定功能的建筑都可通過(guò)立意得以表達(dá),張拉膜結(jié)構(gòu)的獨(dú)特外形體現(xiàn)了建筑自身的自然美感。
  這些建筑形態(tài)本身和與其相協(xié)調(diào)的傳統(tǒng)建筑一起構(gòu)成了令人興致盎然的地面標(biāo)志性建筑。優(yōu)秀的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)與外形的有機(jī)融合,使其顯得了類拔萃,同時(shí)與自然環(huán)境、歷史及現(xiàn)代的城市景觀有機(jī)結(jié)合。
  輕型結(jié)構(gòu)可以看成是大型的雕塑作品,可為其周邊空間增添活力,成為周?chē)h(huán)境的補(bǔ)充和焦點(diǎn)。
  8、 抵御天氣的影響:膜屋面的一個(gè)重要作用就是抵御各種天氣變化(如日曬、雨淋、風(fēng)雪等)對(duì)其內(nèi)部空間的影響,保持建筑物內(nèi)部的舒適性。選擇膜面的形態(tài)和材料時(shí)要考慮到所有可能的天氣狀況,并盡可能利用建筑本身等被動(dòng)方法來(lái)減少能量的消耗。
  多孔膜材可用作遮蔽結(jié)構(gòu)。它可以控制光的透射和反射,使室內(nèi)擁有散射光,并且促進(jìn)自然通風(fēng),使屋面溫度與周?chē)h(huán)境的溫度相同,并避免向下的熱輻射。
  為了抵擋風(fēng)雪,膜面的外形應(yīng)使排水通暢使捷,避免在其上形成水兜或雪的堆積。在施加預(yù)應(yīng)力前的安裝成形階段,張拉膜結(jié)構(gòu)對(duì)這些荷載十分敏感。為了能將雨水排除,膜材和接縫須密封防水,膜邊緣也必須進(jìn)行特殊的細(xì)部設(shè)計(jì),以防止雨水進(jìn)入室內(nèi)。
  9、 可移動(dòng)性和臨時(shí)性:與其它結(jié)構(gòu)相比的另一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)是輕型結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的影響具有可調(diào)和性。另外它還有兩個(gè)重要的特性,即可移動(dòng)性和靈活性。
  結(jié)構(gòu)可以在不同的地點(diǎn)反復(fù)拆建,這就是張拉膜結(jié)構(gòu)的可移動(dòng)。它將游牧式與定居式的建筑融為一體。膜材輕柔的特點(diǎn)使其方便運(yùn)輸,且易于迅速搭建,而閑置時(shí)占用空間很小。這種特性使膜結(jié)構(gòu)十分適于用作臨時(shí)性可移動(dòng)建,特別是在發(fā)生突然災(zāi)難或遇到緊急情況而需要在短時(shí)間內(nèi)為大量人員提供庇護(hù)所的時(shí)候。
  另一方面,可移動(dòng)薄膜結(jié)構(gòu)除具有與永久建筑相媲美的舒適性外,它還引入了建筑行業(yè)的一個(gè)新概念,即將房屋的所有權(quán)與土地的所有權(quán)相分離。建筑不再是不可移動(dòng)的,而是可移動(dòng)的。這種可移動(dòng)性和可重復(fù)使用的特點(diǎn)對(duì)加速現(xiàn)代城市的發(fā)展和建筑功能在某些特殊領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)變具有重要的意義。
  10、 可展性和自適應(yīng)性:可展結(jié)構(gòu)可以看作是一種人造的自適應(yīng)體系,同許多自然有機(jī)體一樣,可根據(jù)需要改變自身的形式。它們的空間布置和對(duì)天氣變化的反應(yīng)具有靈活性和自適應(yīng)性。通過(guò)控制自然光和內(nèi)部溫充可達(dá)到主動(dòng)節(jié)能的目的??烧菇Y(jié)構(gòu)即可開(kāi)敞也可閉合,它的靈活性使其可以改變空間的屬性。精心設(shè)計(jì)的可展屋蓋的優(yōu)雅滑動(dòng)體現(xiàn)了人與自然的和諧。它被稱作是一種創(chuàng)造,輕型與可展性的充分結(jié)合形成了“免施工房屋”的概念,這種結(jié)構(gòu)任何需要的時(shí)間或地點(diǎn)均可實(shí)現(xiàn)。