膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

1917年，W.Lanehester發(fā)明了一種氣承式充氣膜結(jié)構(gòu)，他的構(gòu)想是通過(guò)使用鼓風(fēng)機(jī)將膜布吹脹，來(lái)作為野戰(zhàn)醫(yī)院來(lái)使用，但是這個(gè)想法并沒(méi)有得到實(shí)際的應(yīng)用。1946年，Walter Bird用玻璃纖維編制的膜材建造了一個(gè)充氣膜結(jié)構(gòu)作為雷達(dá)罩來(lái)使用，這個(gè)雷達(dá)罩被稱為多普勒雷達(dá)穹頂，這是現(xiàn)代充氣膜結(jié)構(gòu)的初次亮相。在其后的二十年中，在美國(guó)、德國(guó)等多國(guó)中，這種形式的充氣膜結(jié)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用，建造了大量的穹頂式的結(jié)構(gòu)。

在1967年蒙特利爾世博會(huì)上，由 Frei Otto 所設(shè)計(jì)的西德館采用了支撐膜結(jié)構(gòu)，這是膜結(jié)構(gòu)建筑史上的一個(gè)里程碑式的項(xiàng)目。輕便的膜結(jié)構(gòu)為場(chǎng)館提供了開(kāi)闊的空間，而良好的透光性能也使建筑內(nèi)部明朗敞亮，膜結(jié)構(gòu)獨(dú)特而優(yōu)美的曲線造型也完美的表達(dá)了設(shè)計(jì)師的構(gòu)思，這使得西德館成為了此屆世博會(huì)上備受注目的場(chǎng)館之一。而在其后1972年的慕尼黑奧運(yùn)會(huì)，F(xiàn)rei Otto開(kāi)創(chuàng)性的使用了輕型張拉膜結(jié)構(gòu)來(lái)建設(shè)奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)，建筑整體的構(gòu)思來(lái)源于阿爾卑斯山的造型。這是一個(gè)革命性的建筑，在此前所建設(shè)的傳統(tǒng)體育場(chǎng)都是封閉式的，整體采光性能較差，對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的發(fā)揮以及觀眾的觀看都有一定的影響。在此之后，越來(lái)越多的體育場(chǎng)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，膜結(jié)構(gòu)在體育場(chǎng)中也開(kāi)始得到大規(guī)模的應(yīng)用。憑借著這兩座開(kāi)創(chuàng)性的膜結(jié)構(gòu)建筑，讓Frei Otto本人在膜結(jié)構(gòu)建筑史上奠定了無(wú)可取代的泰斗地位。在1970年的大阪世博會(huì)上，許多場(chǎng)館采用了膜結(jié)構(gòu)的建筑形式，其中更為引人注目的就是展出了月亮石的美國(guó)館和日本本土的富士館，這標(biāo)志著世界上開(kāi)始刮起了使用膜結(jié)構(gòu)來(lái)搭建建筑的風(fēng)潮。在1999年，為了迎接千禧年的到來(lái)，英國(guó)政府耗費(fèi)巨資建造了倫敦千年穹。千年穹的屋蓋采用的是圓球形的張力膜結(jié)構(gòu)，膜面藉由上部一系列的張拉構(gòu)件與12根穿出屋面高達(dá)百米的桅桿相連從而保持穩(wěn)固。這些造型夸張桅桿是千年穹的標(biāo)志性特點(diǎn)，讓人對(duì)其印象深刻過(guò)目難忘，但這也讓千年穹受到了廣泛的爭(zhēng)議。有人認(rèn)為它氣魄恢弘，將其譽(yù)為“倫敦的明珠”，但也有許多人認(rèn)為它的造型丑陋而畸形。

隨著改革開(kāi)放的春風(fēng)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)邁入了騰飛的時(shí)代。在這百花齊放的年代里，膜結(jié)構(gòu)在中國(guó)也得到了大力的發(fā)展。在1997年的中國(guó)第八屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)，上海建造了上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)作為主體育場(chǎng)。體育場(chǎng)的看臺(tái)罩棚采用了張懸梁膜結(jié)構(gòu)形式，使用PTFE膜材制作，膜面面積達(dá)到了36000平米，是目前世界上懸挑更長(zhǎng)的看臺(tái)罩棚。膜結(jié)構(gòu)在上海體育場(chǎng)中的成功應(yīng)用也為后續(xù)膜結(jié)構(gòu)的建設(shè)提供了很好的案例，為之后我國(guó)膜結(jié)構(gòu)建筑的廣泛應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。在2008年，北京如愿舉辦了世人矚目的夏季奧運(yùn)會(huì)，作為主游泳館的游泳中心——水立方是該屆奧運(yùn)會(huì)的標(biāo)志性建筑之一。水立方的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于水中的泡沫，在堅(jiān)固的鋼框架外覆蓋著柔性的膜材，棱角分明的立方體造型與表面圓潤(rùn)的氣泡相得益彰，剛?cè)岵?jì)凸顯出了一種奇妙的美感。水立方使用的ETFE膜材厚度僅有0.2毫米，其表面覆蓋了超過(guò)100,000平方米的氣枕，是世界上更大的使用ETFE膜材的膜結(jié)構(gòu)。

2010年，上海舉辦了世界博覽會(huì)，除了眾多展覽場(chǎng)館以外，位于世博園中央的世博軸也是一個(gè)非常重要的地標(biāo)建筑。世博軸整體長(zhǎng)度約為1000米，寬度約110米，其膜屋頂?shù)拿娣e達(dá)到了6.5萬(wàn)平方米，是世界更大的膜屋頂之一。其中錯(cuò)落分布著地6個(gè)巨大的倒錐形索膜結(jié)構(gòu)“陽(yáng)光谷”也堪稱壯觀，結(jié)構(gòu)中使用的膜布尺寸非常之大，其中更大的一塊達(dá)到了1700平方米，所有膜布表面焊縫的總長(zhǎng)度達(dá)到了34公里。該結(jié)構(gòu)本身的柔性也是極具特點(diǎn)，膜布在風(fēng)荷載的作用下振幅可達(dá)3米，每當(dāng)有大風(fēng)吹來(lái)，膜布都會(huì)在風(fēng)中翩翩起舞。