ＺｈｅｊｉａｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖ０１．２６，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔ．２００９
ＯｎｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＤｅｓｉｇｎｏｆＧｙｍｎａｓｉｕｍＢｕｉｌｄｉｎｇ
伍志强
ＷＵＺｈｉ—ｑｉａｎｇ
（绵阳职业技术学院建筑工程系，四川绵阳６２１０００）
摘要：膜结构建筑作为一种将先进的建筑技术和建筑艺术完美结合和高度统一的新型建筑形式，在近几十年得到了迅速的发展。随着这种新型结构的发展，建筑语｛ｒ＝和空间形式也更加丰富多样．而更大跨度的屋顶也成为了可能。在此收集、整理了膜结构的多种型式。在梳理ｒ膜材料及膜结构建筑的基本发展背景的基础上，初步探讨了膜结构在体育场馆建筑设计中的应用。
关键词：膜材料；膜结构建筑；体育场馆建筑设计
中图分类号：ＴＵ２４５文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—３７０７（２００９）ｉ０—０００８—０４
１膜材料筹鬈篓喜鬻嚣喜雾：罢茹麓瓷？盖磊萎２０世纪５０年代，随着化学工业中的高分子材料互作用下，膜布会变得硬脆、破裂而失去结构性能，只的合成与改性技术的不断发展，一种新型而具有独特能用于临时性建筑。设计者们认识到，需要一种强度个性，被称为“第五代建材”的建筑材料诞生了，它就更高、耐久性更好、不燃、透光和能自洁的建筑织物，是膜材料。膜材料是用于膜结构中的高强度柔韧性７０年代美国制造商开发的玻璃纤维织物即满足如上薄膜（见图Ｉ），它是一种耐用、高强度的涂层织物，是要求。主要的改进是涂覆的面层采用了聚四氟乙烯在用纤维织成的基布上涂敷树脂或橡胶等而制成，具（ＰＩ＇ＦＥ）。这种材料于１９７３年首次应用于美国加利有质地柔韧、厚度小、重量轻、透光性好的特点。福尼亚拉维恩学院一个学生中心的屋顶上（见图２）。
经过了近３０年的考验，材料还保持着７０％一８０％的
悬空板强度，仍然透光并且没有褪。拉维恩学院膜结构的
使用经验证明，涂覆ＰＴＦＥ面层的玻璃纤维织物不但
有足够的强度承受张力，在使朋功能上也具有很好的
耐久性，完全可以在永久性建筑中使用。
图１膜材料基本构成
膜材料是膜结构工程中最重要的组成部分，作
用与钢筋、混凝土、轻质板材是等同的。自２０世纪
６０年代起，世界上许多国家开始研究膜材料，到现
在已经有许多种类，常用的建筑膜材包括：ＰＴＦＥ膜
材、ＰＶＣ膜材、加面层的ＰＶＣ膜材等。最初使用的图２拉维恩学院学生中心
收稿日期：２００９—０３—２５喷嘴清洗
作者简介：伍志强（１９７４一）。男，四川累江人，讲师，从事建筑Ｔ程教学工作。
万方数据
家用管道疏通机
第１０期伍志强：浅谈膜结构在体育场馆建筑设计中的应用９
与此同时，涂覆ＰＶＣ的聚脂织物在性能上也有很大改进。制造商在原来的涂层外面再加一面层。比较成熟的有聚氟乙烯（ＰＶＦ）和聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ），这种面层不但能保护织物抵抗紫外线，而且大大地改进了自洁性，这样就把聚脂织物的使用年限提高到２０年以上，得以在永久性建筑中使用。
２膜结构建筑
２．１膜结构建筑的定义与特点
膜结构是张力结构体系的一种。由膜内的空气压力支承膜面，利用钢索或刚性支承结构向膜内施加预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。采用膜结构作为结构体系的建筑就是膜结构建筑。膜结构建筑的两大特点是空间整体结构和预张力，这也是它优于传统结构体系的原因所在。空间整体结构使受力更合理、结构更稳定，预张力使膜结构成为几乎纯张拉结构体系，充分发挥材料力学性能。
２．２膜结构在体育场馆建筑设计中的应用
膜结构的建筑是有独特外形的，作为一种将先进的建筑技术和建筑艺术完美结合和高度统一的新型建筑形式，在近几十年得到了迅速的发展。随着这种新型结构的发展，建筑语汇和空间形式也更加丰富多样，更大跨度的屋顶成为可能。下文对膜结构在体育场馆建筑设计中的应用作分类浅要分析。２．２．１张拉式膜结构为了迎接１９７２年的奥运会，１９６７年进行了一场设计竞赛，Ｂｅｈｎｉｓｃｈ以其整体概念获胜。所选基地的南部位于城市北部的郊外，是战争时期破坏物的填埋场，有上百万吨的碎石瓦砾。利用这些废弃物堆成一些小山，盖在自然岩层上，以形成山地和湖泊的景观，而成为对基地的一种纪念方式。自始至终这就是最关键的想法，而此作是借助一个沙盘完成的。
慕尼黑竞赛方案是由Ｂｅｈｎｉｓｃｈ及其伙伴和工程师Ｈｅｉｎｚｌｓｌｅｒ设计的。他们设想了
一个有桅杆和索网支撑的连续帐篷，由主体育场上空伸展到其他两个场馆上空，其中一支甚至覆盖到横跨高速路的人口桥上。它比任何建造过的索网屋顶都大，人们甚至怀疑它是否能够建成。为了进一步深入方案设计，Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ和Ａｎｄｒａ被任命为主要的工程师，ＪｏｒｇＳｃｈｌａｉｃｈ作为方案领导，Ｆｒｅｉｏｔｔｏ被聘为顾问。索网屋顶最终修改成形，是一个不同的形状，桅杆的位置进行了修改，但仍忠于Ｂｅｈｎｉｓｃｈ的原创。新的技术被采用，工程技术发挥得淋漓尽致，建筑商和丁艺专家配合默契，新１二艺应运而生，比如为了固定索网的大桅杆（见图３、４）。
图３体育场馆鸟瞰
图４体育场平面和剖面图
２．２．２充气式膜结构充气式膜结构分为气撑式膜结构和气肋式膜结构两种。气撑式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力（见图５）。因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材料，无需任何梁、柱支撑，气撑式膜结构可得更
大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行
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１０浙江建筑２００９年第２６卷
２４ｈ送风机运转，在持续运行及机器维护费用上的成本较高。气肋式膜结构是由充气后具有拱形支撑能力并用膜肋分隔的独立密闭仓构成的屋盖体系（见图６）。它与气撑式相比的优越性是室内为常压气体环境。
图５日本ｔｏｋｙｏ穹顶
睡眠袜图６日本大阪博览会富士馆
２．２．３桁架支撑式膜结构建筑２００２年６月１日至６月３０日，韩国和日本共同举办２００２世界杯足球锦标赛。两国也分别兴建了多座体育场，其中，韩方９座中有４座采用膜结构屋顶，为济州体育场、汉城体育场、釜山综合体育馆和大邱综合体育场。这些体育场馆的结构方式除釜山体育场采用索膜顶结构外，大都采用桁架进行支撑，膜材作为覆盖材料。本文重点对济洲体育场结构设计应用的管状桁架加索膜结构加以浅析。 济州体育场位于韩国济州岛的西归浦市（Ｓｅｏｇｕｉｐｏ）。体育场地上４层，地下２层，拥有４２０００个座位。两看台屋顶为空间桁架，屋面为索膜结构，整个屋顶由６根桅杆及钢索牵拉着。屋顶下方的座位区可满足国际足联的比赛要求。由于地形的特殊性，比赛场地低于地面并将看台沿周边排列，以减少土方工作量。建筑物高度由体育场的最佳整体效果来控制（见图７、８）。
图７济州体育场外观
③
①一前桁架；②一场内端头；③一桅杆
④一场外端头；⑤一后桁架；⑥一径向桁架
图８济州体育场结构平面图
⑥
体育场的设计理念源于当地传统渔船“ＴＥＵ”的形象。覆盖体育场一侧的半月形屋盖其径向桁架连接着前后桁架，并由桅杆上的钢索牵拉着。看台结构和尾盖结构是脱开的，以减小所有荷载组合在一起后引起的不可预料的应力。
屋盖结构各构件的作用：
（１）前桁架及径向桁架的场内端头用于有效地抵抗风吸力，连接在桅杆上的钢索承担重力荷载和正向风荷载。
（２）后桁架用做约束径向桁架场外端头并传递屋盖荷载至主径向桁架。
（３）带悬臂的径向桁架由圆形钢管组成，它起到了连接前后桁架的作用。
（４）由三种构件组成的桁架，除了支撑屋盖荷万方数据
第１０期伍志强：浅谈膜结构在体育场馆建筑设计中的应用
载外，还具有控制主径向桁架侧向位移的功能。
（５）位于屋盖内端头的前桁架，用做抵抗风吸力。
（６）桅杆是支撑屋盖结构的主要构件，它由不
同直径的变截面钢管构成。６根高度不等的桅杆
（８０ｍ／６０ｍ／４０ｍ）支撑着整个屋盖结构。
（７）拉索及边索固定在桅杆的顶部。一根拉索
（直径８２．５ｍｍ）支撑着屋盖的前端，两根边索（直
径为６９．８ｍｍ）支撑着屋盖的后端。用于牵拉桅杆
的牵拉索应紧紧同定在桅杆顶部的锚固件上。牵拉
索是用作平衡屋盖结构荷载的。
（８）支撑薄膜的四面体索桁架包括四根底部钢
索、四根顶部钢索和拉杆。四根底部钢索用于控制主桁架侧向位移并起着主结构的作用。覆盖在径向桁架和连接桁架上的薄膜要求具有适当的曲率。薄膜曲面通常由两个垂直曲率承担吸力荷载。２．２．４索膜顶建筑索膜顶建筑的代表是韩国釜山体育场。该体育场可以容纳７．１万名观众（见图９）。它最初是为２００２年亚运会设计的，为适用于多种比赛，屋盖结构采用了可缩进的三角形拉
撑膜顶。后来由于原设计的屋盖开洞较小，不满足国际足联对场地草坪应具有充分的日照要求。因此，屋顶结构改用索膜体系，中间椭圆形洞口尺寸为１８０ｍ×１５２ｍ，代替原设计直径为１２０ｍ的洞口。新的犀盖结构由上、下环形钢索连接在一起。整个屋盖结构支撑在外圈四周钢筋混凝土斜柱及钢环梁上（见图１０）。
弩的结构图
图９釜山体育场
新屋顶呈圆形，直径为２２８ｍ。支撑结构由４８根人形斜柱和垂直混凝土柱组成。屋面面积为２００００ｍ２，椭圆开洞长轴为１８０ｍ，短轴为１５２ｍ。屋架高度为１３．６ｍ，短向为２１．６ｍ。屋顶钢索与其
图ｌＯ釜山体育场结构平面图
他下部支撑的钢筋混凝土柱相对应，分成４８个部分。钢环梁由宽１４００ｍｍ、高７５０—１２００ｍｍ、钢板厚度为３０ｍｍ的梯形钢管构成。环梁座在混凝土柱顶上并与斜钢柱连接。环梁和柱的连接处采用了１４根直径为３６ｍｍ的预应力合金钢筋，每根施加７００ｋＮ预应力。索桁架由环顶索、径向索、垂直索和立柱组成。洞口周围的内侧布置了两道拉力环。
膜结构由４８个单元组成。每个单元支撑在２个相邻的上层径向索、上层环索及钢环上。带拉索的钢
管拱跨在两个径向索之间。拱跨度为１０．６４—１３．６ｍ。特制的铝连接件附在拱的上面，将膜固定，并将膜的上升力传到拱上。这种连接件也传递侧向力。
３结语
相对于砖石结构、混凝土结构、钢结构这些结构，膜结构是一种新型的结构方式，其膜材为高分子聚合物和玻璃纤维等，充分发挥了材料抗拉性能。不仅在材料力学性能方面与传统的结构方式有本质上的区别，而且在形式上，索膜结构具有自由多变的特点，创造了新的建筑形象。对膜结构在建筑设计中应用的研究，一定会对建筑美学的研究提供新的支持。
参考文献
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［４］刘卫兵．走向全面的技术思想［Ｊ］．建筑学报，２００１（１）：２８—２９．［５］宋哗皓．城市类型注重生态的建筑设计［Ｊ］．世界建筑，２００１，
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