國外膜結構的發展介紹
膜結構起始于遠古時代游牧民族用獸皮作的帳逢。20世紀50年代,德國學者FreiOto首先將聚脂纖維織物為基材,面層復合聚氯藝烯樹脂類材料制造出的工程膜材料(英文縮寫PVC),用在建筑結構物中。FreiOtto創造性地應用“皂泡理論”模擬膜的表面張力形態,對膜結構進行受力分析及設計。
1957年,建于德國科隆的聯邦庭園博覽會舞蹈場的遮陽篷,是采用這個理論設計,最早將形態與力學融為一體的工程實例。此后,在德國舉辦的方國博覽會上使用的臨時性展覽館建筑與設施,大量地采用了具有工程承載力概念的膜結構體系,現代膜結構工程從此得到了發展。自前經多次改進PVC工程膜材料的PVC工程膜材料,仍然應用在臨時性的建筑結構物上。但是從嚴格的結構受力來說,膜結構始于1970年日本大阪博覽會上的一座氣承式膜結構的美國館。
20世紀的70年代,人們以玻璃纖維為基材,面層復合上四氟聚脂類材料研制成永久性建筑膜材料聚四氟乙烯(PTFE,又稱特氟隆)。這種膜材除具有良好的力學和抗老化性能外,最為稱道的是材料的表面具有自活性,落上的灰塵易被麗水沖刷干凈。
1973年建成的美國南加州大學LaVerne(路易斯安娜)分校的學生活動中心,是最早的采用PTFE膜材料的建筑工程。該建筑到2001年為正已使用了28年,經跟蹤檢測,其PTFE膜材的質量仍基本如初,力學性能和材料的老化率比預想要好得多。
美國著名的結構工程大師DavidGeiger已故)和HorstBerger在過去的30年中,以他們為首,在北美建造了大量的膜結構工程。早期應用工程膜建造的大跨度結構物的彎頂,多采用室內超壓充氣的結構體系,即充氣膜穹頂。80年代后期,兩位大師開始研究和設計基干張力結構體系的索膜結構,即張拉膜結構。最具代表性的亞特蘭大奧運會主館屋蓋(GeorgiaDome),采用了索膜穹頂結構。
最近,他們開始采用張弦梁結構,這種大跨度套頂結構的上弦采用鋼管網架替代索網,克服了索和纜繩為主材料構成的索穹頂結構變形大需要提供巨大的初期張力和外圍結構的負載大的弱點,從而改善了大跨度結構物的變形和整體應力分布的合理性。除此之外,還出現了由J.Schlaich提案的輪形張力結構體系。
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