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            膜結構的發展歷程

            作者:admin 時間:2014-04-03 閱讀:
            膜結構的發展歷程 




             
                   1917年有一位名為蘭徹斯特的美國人建議利用新發明的電力鼓風機將膜布吹脹,作野戰醫院。像許多專利申請案一樣,這只是一種構思,而沒有真正成為使用的產品。

                   1946年,有一位名為華特.貝爾德的人為美國軍方做了一個直徑 15m圓形充氣的雷達罩,可以保護雷達不受氣候侵襲,又可讓電波無阻的通過,從而使相隔了19年的專利付諸實用。由此而衍生出了一個新的工業產業,在1956年以后美國一共建立了約50多家的膜結構公司,制造各種膜產品,用做體育設施、展覽場、設備倉庫、輕工業廠房等,不一而足。但多因設計不周全,或制作粗糙,或是業主維護不當,以致造成許多不幸事件,大多數的工廠亦因之倒閉。

                   1960年間,德國斯圖加特大學的弗賴.奧托先生,先后于1962和1965年發表了研究膜結構的成果,并同帳篷制造廠商合作,做了一些帳篷式膜結構和鋼索結構,其中最受人注目的是1967年在蒙特利爾博覽會的西德館,其在歐洲,尤其是德國,可以說是開了膜結構構商業化的先河。1968年,美國紐約的建筑師布羅迪和哥倫比亞的大衛.蓋格教授合力爭取到了日本大阪世界博覽會美國館的設計權。原先的經費2500萬美元,被一再消減到250萬美元,此設計組承受了無比的挑戰,在窮則變,變則通的情況下,將基地挖一大坑,將廢土堆在四周,筑成圍墻,其上澆注一混凝土壓力環,將鋼索網固定在環上,再將膜布固定在鋼索網上,加以充氣,就做成了9290m2的展覽館,從而開啟了氣撐式膜結構的新頁。

                   1968年到1987年之間,有 8座室內運動館是以此方法設計建造的。 在大阪世博會,蓋格公司成功地向世人推出氣撐式膜結構的新設計技術,而受到建筑工程界一致認可后,又面臨所使用的膜材料問題。這種膜材只有7年~ 8年的壽命,在太陽紫外線及風、雨的交互作用下,膜布會變得硬脆、破裂,而失去結構性能。只有使用好的膜布材料,才能使這種大跨距的屋頂,成為永久性的建筑。正在此時,美國福特基金會下屬的教育設施實驗室給蓋格公司一筆資金,用來開發此種永久性的建筑膜。在蓋格公司領導下,同美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公,五家共同開發永久性的結構膜。產品很順利地就制成了,化纖公司將康寧公司提供的玻璃纖維,先集成線再織成布紗,經過矽膠浸泡,先制成水密坯布,再多次快速放入特氟隆溶液中,使坯布兩面皆有均勻的特氟隆涂層,永久性的PTFE膜正式誕生。經過加速氣候實驗,其物理穩定性確定后,蓋格公司又設計各種結構配件及確定設計程序,以建造不同性質的膜結構?八_斯城的建筑師約翰.西弗率先使用此產品,在加州的拉.弗恩建了一座學生活動中心,另外,幾平同時即1973年在圣太.克羅拉的加州分校辦建了一座氣撐游泳館(活動屋頂)及學生活動中心,從此永久性膜結構便正式在美國風行。

                    1.關于結構膜 一般鋼結構屋頂,是由橋梁支撐屋面板,上面覆蓋防水、隔熱層,這些屋面材料皆不承受結構力。但膜結構中的膜本身就承受活荷載包括風壓、溫度應力等,膜既是覆蓋物,亦是結構的一部分。 以材質分類,結構膜有以下兩種:
                    1)平面不織膜:由各種塑料,在加熱液化狀態下擠出的膜,它有不同厚度、透明度及顏色,最通用的是聚乙烯膜。亦有以聚乙烯和聚氯乙烯熱熔后制成的復合膜,其抗紫外線及自潔性強,且使用年限可從7年延長到15年,此種膜因張力強度不大,而自跨度不大,屬于半結構性的膜材。
                    2)織布合成膜:以聚酯絲織成的市心,雙面涂以PVC樹脂,再用熱熔法覆蓋上一層聚氟乙烯膜,制成復合膜,使用年限從 7年延長到15年。因布心的張力強度較大可以使用于多種的張啦力型結構,跨度可達8m-10m,在美、日、法等國皆生產多種品牌。

                    2.幾種膜結構 與上述結構膜結合的結構大約有下述幾類:
                   1)純鋼拱形結構采用傳統的梁柱系統,屋頂為圓拱式,柱梁間距一般為8m左右。
                   2)混凝土結構主體加鋼拱以上兩種最簡單的膜結構,依平面的形狀,如方形、菱形等,可有許多變化,拱的間距依使用的膜材強度、設計荷載、風力等確定。
                   3)混凝土主體結構加鋼索脊素為上彎,位于膜布下面,谷索為下彎,位于膜上面。兩種鋼索的彎向相反張拉后造成相反方向的垂直力,使膜市受到垂直方向的張力,膜布中水平方向的張力直接張拉形成。
                   4)混凝土主體結構加鋼柱
                   5)張拉式帳篷膜結構
                   6)大型(跨度在200m以上)氣撐式膜結構 用扁鋼作的鋼索加上膜布,可以做成大跨度的巨型屋頂。

                   這種建筑,結構簡單,施工方便,經濟效益高,無需維修。但因需常年維持封閉,進出較不便,現己不再新建,但仍不失為一種好的結構形式。由于膜結構需要精確的設計及剪裁,以達到理想的效果,大衛、蓋格和哥倫比亞大學的同僚邁克、馬克麥克和約塞夫、賴特共同開發了非線性鋼索計算程式,為氣撐式大型膜屋頂工程設計奠定了基礎。自1973年至1978年,在世界各地一連建造了12座氣撐式膜結構大型室內體育館,與同時期落成的其他球場比較,這些膜結構的體育館不但價格便宜,而且施工快。





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            參考網站:www.nedviznews.com



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