膜结构(2)-膜结构建筑

主讲人：武主讲人：武岳岳哈尔滨工业大学ArchitecturalPerformanceofMembraneStructures6.26.2膜结构建筑膜结构建筑1一、膜结构建筑的发展一、膜结构建筑的发展††曲面存在着无限的可能性，这意味着膜结构的曲面存在着无限的可能性，这意味着膜结构的形状可以随着建筑师的想象力而任意变化。形状可以随着建筑师的想象力而任意变化。前提是符合力学原理！前提是符合力学原理！2¾古老的膜结构TheAncientTensionStructuresAnoldChinesedrawingNomadsheltersinIran3¾现代膜结构发展历程Historyofmembranestructures•20世纪50年代早期的充气膜结构出现，并用于商业中。•20世纪70年代以大阪世博会为开端，膜结构开始在世界范围内得到应用。•20世纪80年代初PTFE膜材出现，膜结构被正式用于永久性建筑中•1997年上海八万人体育场建成，标志着膜结构在中国兴起4¾推动膜结构发展的重要人物Somepersonsweshouldremember•WalterBird早期的充气膜结构的开拓者，Birdair公司创始人。•DavidGeiger大阪世博会美国馆的建造者，索穹顶结构的首创者•FreiOtto（1925-）现代膜结构理论的奠基人。推崇“原始建筑学”，即用“最少的”的材料来表现最朴素的自然之美。他认为：建筑艺术的目的不是为了炫耀技术，而是更好地表达自然。5WalterBirdatopaBirdairradome6¾第一个现代大跨度膜结构日本大阪世博会美国馆，1970年气承式膜结构，140×83m7蒙特利尔体育场MontrealOlympicStadium,Canadaz是1976年奥运会的主赛场。z开合式膜屋盖由26根钢索悬吊在175m高的斜塔上。8汉城奥运会体操馆和击剑馆OlympicGymnasticsArena&FencingArena,Seoul,1986体操馆，D=120m击剑馆，D=93m•1988年第24届汉城奥运会主赛馆；•是世界上首次在大型场馆中采用索穹顶体系。9莫斯科奥运会中心体育馆OlympicGymnastics,Moscow,1980•1980年第22届莫斯科奥运会主赛馆；采用钢悬膜结构。10佐治亚穹顶GeorgiaDome,Atlanta,Georgia,1992z1996年第26届亚特兰大奥运会主场馆。z椭圆形平面240m×192m，是世界上最大的索膜结构。11现代膜结构发展的原动力－材料与结构形式的不断创新¾¾大阪美国馆大阪美国馆————140m140m××83.5m83.5m¾¾东京后乐园东京后乐园————最大跨度最大跨度201m201m¾¾佐治亚穹顶佐治亚穹顶————240mxl92m240mxl92m¾¾沙特吉达机场候机大厅沙特吉达机场候机大厅————覆盖的面积覆盖的面积4242万万mm2212标志物13加油站14雨篷15广场小品16过街天桥17室内游泳馆18¾膜结构在我国的应用MembranestructuresinChina上海八万人体育场199719北京房山游泳馆BeijingFangshanSwimmingStadium,199620天津保税区区标TianjinTaxDistrict,Tianjin21长沙世界之窗剧场ATheaterinChangsha，199722深圳欢乐谷AGameCenterinShenzhen，1998脊谷式膜结构，D=98m覆盖面积5800m2采用PVDF膜材23东方明珠游船码头ShanghaiFerryTerminalRoof，1999海鸥造型，覆盖面积3600m2，采用PTFE膜材，覆盖在平行布置的钢拱桁架上。24昆明世博园艺术广场TheArtSquareatExpo’9925杭州健身中心HangzhouSportCenter,Zhejiang,1999游泳馆：钢桁架+脊谷式膜结构覆盖面积4280m2双层PVC膜材26威海体育场WeihaiStadium，200127博敖亚洲经济论坛黄埔体育场28二、膜结构的建筑设计要点二、膜结构的建筑设计要点†排水†采光††声学问题声学问题†隔热与保温†防火291排水Drainage†膜表面应具有足够的坡度以解决排水和积雪问题。通常膜面的坡度应不低于20%†多数膜结构采用无组织排水方式，但应尽量避免雨水沿建筑物的主要朝向一侧流下，同时还应注意对地面和墙面的污染。†在某些情况下，可利用建筑物自身的某些形状特点，解决排水问题……30¾几种常见的膜面排水方式1234312.采光Lighting†膜材的透光率在7%～15%左右；白天无需要照明，节约能源；†膜结构特别适用于体育设施、展览厅和天井等对采光要求较高的建筑。当采用内部照明时应注意灯具与膜面距离32333.3.声学问题声学问题AcousticAcoustic†建筑物内部的声音反射膜材对声波具有很强的反射性，会使音乐演出的声音变得模糊；尤其对于某些具有内凹面的建筑，如充气膜结构或拱支式膜结构，顶棚会使声波反射汇集。†建筑物对外部噪声的屏蔽通常单层膜的隔音性能仅在10dB左右，故仅能用于对隔音要求不高的建筑物。344.隔热与保温ThermalInsulation†单层膜材的保温性能大致相当于夹层玻璃，故仅适用于敞开式建筑或气候较温暖的地区。†当对建筑物的保温性能要求较高时，可采用双层或多层膜构造来解决，一般双层之间应有适当的空气隔层（25～30cm左右）。†当在游泳池、动物园和植物园等建筑中采用双层膜构造时，应注意膜内部的结露问题。一般可通过安装空气循环系统等措施来解决。35哈尔滨国际会展体育中心原方案哈尔滨国际会展体育中心原方案36加拿大林赛体育中心LindsayParkSportsCentre,Canada,1984††索网下设有纤维棉保索网下设有纤维棉保暖层，不但能防寒暖层，不但能防寒,,还能透过还能透过44％的光％的光线，这就足以在白天线，这就足以在白天不用人工采光。此外不用人工采光。此外在保暖层下面还有一在保暖层下面还有一层很薄的蒸气绝缘层层很薄的蒸气绝缘层,,能起吸音作用。能起吸音作用。37日本秋田—天空穹顶SkyDome,Akita,Japan,1990zSpan:130m×100m;zHeight:30mzRoof:PTFE（单层）屋盖的格构式空间拱系屋盖的格构式空间拱系沿长向为空腹拱、沿短沿长向为空腹拱、沿短向为钢管拱。向为钢管拱。利用紧贴利用紧贴膜面的钢管拱作为通膜面的钢管拱作为通道，向其中送暖风，对道，向其中送暖风，对屋盖起融雪作用。屋盖起融雪作用。385.防火Fireproofing†一般认为，PTFE膜材是不可燃材料，PVC膜材是阻燃材料。对于永久性建筑，宜优先选用不可燃类膜材。†当采用阻燃类膜材时，应根据消防部门的要求采取适当措施。†例如，应保证建筑物的顶棚与地板之间的距离在8米以上，并且避免膜材及其连接件与可能存在的火源接触。39三、膜结构的造价构成及估算三、膜结构的造价构成及估算†膜结构工程的造价包括¾设计费¾材料费用¾加工制作费用¾安装费用¾管理费及利税†其中材料及加工制作费用包括膜材料、辅料、索及索具、支承钢结构等分项。40膜材料费用及工程造价估算†在估算膜材费用时，要注意膜面投影面积、膜面展开面积、膜材料消耗面积之间的关系。†马鞍形及拱形膜结构的投影面积与展开面积之比约为1:1.15，膜材利用率80-85%；即投影面积:展开面积:膜材料消耗面积约为1:1.15:1.4；伞形膜结构的上述比例约为1:1.3:1.7。†结构表面的曲率越大、外形越不规则，膜材利用率就越低。41PVC膜材建筑造价分析†PVC膜材的价格在80-140元/m2之间。膜材加工费用约50-70元/m2（加工费按展开面积计价）。膜结构的支承结构用钢量一般在10-30kg/m2。†PVC膜材建筑的报价(以展开面积计算,含配套钢结构）一般在650-900元/m2之间。42PTFE膜材建筑造价分析†PTFE膜材的价格在400-700元/m2之间。因其加工难度大，加工费用也较高。†根据国外已建成工程的造价折合人民币在1800-3000元/m2。43ETFE膜材建筑造价分析†ETFE的材料价格比PTFE膜材稍低，但由于常被做成两层或三层的气垫式，且需要充气及控制设备，国外建成工程的造价折人民币也达2400-3000元/m2。†由于ETFE膜材非常轻，支承结构及基础工程的造价可以大大地节省。就整个项目而言，利用ETFE气垫作屋盖比较于利用传统透明材料如玻璃等，其投资节省可达40%至50%。44TheEndThankYou！