膜結構建築的特性
膜結構建築作爲一(yī)種建築體系所具有的特性主要取決于其獨特的形态及膜材本身的性能(néng)。恰由于此,用膜結構可以創 景觀膜結構建築造出傳統建築體系無法實現的設計方案。
1、 輕質:張力結構自(zì)重小(xiǎo)的原因在于它依靠預應力形态而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自(zì)重比傳統建築結構的小(xiǎo)得多(duō),但卻具有良好的穩定性。建築師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件(jiàn),将其輕盈和穩定的結構特性有機地統一(yī)起來。
2、 透光(guāng)性:透光(guāng)性是現代膜結構最被廣泛認可的特性之一(yī)。膜材的透光(guāng)性可以爲建築提供所需的照(zhào)度,這對于建築節能(néng)十分重要。對于一(yī)些要求光(guāng)照(zhào)多(duō)且亮度高(gāo)的商業建築等尤爲重要。通(tōng)過自(zì)然采光(guāng)與人工(gōng)采光(guāng)的綜合利用,膜材透光(guāng)性可爲建築設計提供更大的美學創作空間。夜晚,透光(guāng)性将膜結構變成了光(guāng)的雕塑。
膜材透光(guāng)性是由它的基層纖維、塗層及其顔色所決定的。标準膜材的光(guāng)譜透射比在10%~20%之間,有的膜材的光(guāng)譜透射比可以達到(dào)40%,而有的膜材則是不透光(guāng)的。膜材的透光(guāng)性及對光(guāng)色的選擇可以通(tōng)過塗層的顔色或是面層顔色來調節。
通(tōng)過膜材和透光(guāng)保溫材料的适當組合,可以使含保溫層的多(duō)層膜具有透光(guāng)性。即使光(guāng)譜透射隻有幾個百分點,膜屋面對于人眼來說依然是發亮和透光(guāng)的,具有輕型屋面的觀感。
3、柔性:張拉膜結構不是剛性的,其在風荷載或雪荷載的作用下(xià)會産生(shēng)變形。膜結構通(tōng)過變形來适應外荷載,在此過程中荷載作用方向上(shàng)的膜面曲率半徑會減小(xiǎo),直至能(néng)更有效抵抗該荷載。
張拉結構的靈活性使其可以産生(shēng)很大的位移而不發生(shēng)永久性變形。膜材的彈性性能(néng)和預應力水(shuǐ)平決定了膜結構的變形和反應。适應自(zì)然的柔性特點可以激發人們的建築設計靈感。
不同的膜材的柔性程序也不相(xiàng)同,有的膜材柔韌性極佳,不會因折疊而産生(shēng)脆裂或是破損,這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。
4、 雕塑感:張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通(tōng)過張力達到(dào)自(zì)平衡。負高(gāo)斯膜面高(gāo)低(dī)起伏具有的平衡感使體型較大的結構看(kàn)上(shàng)去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間。無論室内還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。
夜晚的燈光(guāng)使膜結構建築表現出強烈的雕塑感張拉膜結構可使建築師設計出各種張力自(zì)平衡、複雜且生(shēng)動的空間形式。在一(yī)天内随著(zhe)光(guāng)線的變化,雕塑般的膜結構通(tōng)過光(guāng)與影而呈現出不同的形态。日出和日落時,低(dī)入射角度的光(guāng)線将突現屋頂的曲率和浮雕效果,太陽位于遠地點時,膜結構的流線型邊界在地面上(shàng)投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光(guāng)性和反射性,經過設計的人工(gōng)燈光(guāng)也可使膜結構成爲光(guāng)的雕塑。
5、 安全性:按照(zhào)現有的各國規範和指南(nán)設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在地震等水(shuǐ)平荷載作用下(xià)能(néng)保持很好的穩定性。
由于輕型結構自(zì)重較輕,即使發生(shēng)意外坍塌,其危險性也較傳統建築結構小(xiǎo)。膜結構發生(shēng)撕裂時,若結構布置能(néng)保證桅杆、梁等剛性支承構件(jiàn)不發生(shēng)坍塌,其危險性會更小(xiǎo)。
膜結構的柔性使其在任一(yī)荷載作用下(xià)均以最有利的形态承載。當然,結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要确何膜面與其輔助結構協調工(gōng)作,以避免力在膜面或輔助結構上(shàng)集中而達結構破壞的臨界值。
6、 功能(néng):由于張拉膜結構的自(zì)身特性,其可以滿足從簡單遮陽結構到(dào)功能(néng)複雜的大型建築等許多(duō)不同的建築功能(néng)要求,并且對于有些功能(néng)要求隻有它才是最爲适合的。
7、 極具表現力的建築形态:具有特定功能(néng)的建築都可通(tōng)過立意得以表達,張拉膜結構的獨特外形體現了建築自(zì)身的自(zì)然美感。
這些建築形态本身和與其相(xiàng)協調的傳統建築一(yī)起構成了令人興緻盎然的地面标志(zhì)性建築。優秀的膜結構設計是結構與外形的有機融合,使其顯得了類拔萃,同時與自(zì)然環境、曆史及現代的城(chéng)市(shì)景觀有機結合。
輕型結構可以看(kàn)成是大型的雕塑作品,可爲其周邊空間增添活力,成爲周圍環境的補充和焦點。
8、 抵禦天氣的影響:膜屋面的一(yī)個重要作用就(jiù)是抵禦各種天氣變化(如日曬、雨淋、風雪等)對其内部空間的影響,保持建築物(wù)内部的舒适性。選擇膜面的形态和材料時要考慮到(dào)所有可能(néng)的天氣狀況,并盡可能(néng)利用建築本身等被動方法來減少能(néng)量的消耗。
多(duō)孔膜材可用作遮蔽結構。它可以控制光(guāng)的透射和反射,使室内擁有散射光(guāng),并且促進自(zì)然通(tōng)風,使屋面溫度與周圍環境的溫度相(xiàng)同,并避免向下(xià)的熱輻射。
爲了抵擋風雪,膜面的外形應使排水(shuǐ)通(tōng)暢使捷,避免在其上(shàng)形成水(shuǐ)兜或雪的堆積。在施加預應力前的安裝成形階段,張拉膜結構對這些荷載十分敏感。爲了能(néng)将雨水(shuǐ)排除,膜材和接縫須密封防水(shuǐ),膜邊緣也必須進行特殊的細部設計,以防止雨水(shuǐ)進入室内。
9、 可移動性和臨時性:與其它結構相(xiàng)比的另一(yī)個突出優勢是輕型結構對環境的影響具有可調和性。另外它還有兩個重要的特性,即可移動性和靈活性。
結構可以在不同的地點反複拆建,這就(jiù)是張拉膜結構的可移動。它将遊牧式與定居式的建築融爲一(yī)體。膜材輕柔的特點使其方便運輸,且易于迅速搭建,而閑置時占用空間很小(xiǎo)。這種特性使膜結構十分适于用作臨時性可移動建,特别是在發生(shēng)突然災難或遇到(dào)緊急情況而需要在短時間内爲大量人員提供庇護所的時候。
另一(yī)方面,可移動薄膜結構除具有與永久建築相(xiàng)媲美的舒适性外,它還引入了建築行業的一(yī)個新概念,即将房屋的所有權與土(tǔ)地的所有權相(xiàng)分離。建築不再是不可移動的,而是可移動的。這種可移動性和可重複使用的特點對加速現代城(chéng)市(shì)的發展和建築功能(néng)在某些特殊領域中的轉變具有重要的意義。
10、 可展性和自(zì)适應性:可展結構可以看(kàn)作是一(yī)種人造的自(zì)适應體系,同許多(duō)自(zì)然有機體一(yī)樣,可根據需要改變自(zì)身的形式。它們的空間布置和對天氣變化的反應具有靈活性和自(zì)适應性。通(tōng)過控制自(zì)然光(guāng)和内部溫充可達到(dào)主動節能(néng)的目的。可展結構即可開敞也可閉合,它的靈活性使其可以改變空間的屬性。精心設計的可展屋蓋的優雅滑動體現了人與自(zì)然的和諧。它被稱作是一(yī)種創造,輕型與可展性的充分結合形成了“免施工(gōng)房屋”的概念,這種結構任何需要的時間或地點均可實現。