悬索结构中的索网与膜结构一样也有形状确定问题,象1968年蒙特利尔博览会的德国馆和1972年慕尼黑奥运会主体育场都有特殊的形状需要确定,当时只有借助于缩尺模型来解决。早期的膜结构也往往采用这个方法,材料从最简单的肥皂膜,一直到织物或钢丝。由于在小比例模型上测量的误差尚不足以保证曲面几何形的正确性,故对足尺的建筑外形只能起参考作用。但这还不失为一种有效的手段,能为设计者提供一个直观的形象。随着计算机技术的不断进步,膜结构的形状就更多地依靠计算机来确定。在膜结构设计理论中还出现了专门的研究课题——“找形”(formfinding)。为了寻求合理的几何外形,这个过程通过计算机的几次迭代,就可确定膜结构的初始形状。 膜结构设计打破了传统的“先建筑、后结构”做法,要求建筑设计与结构设计紧密结合。在设计过程中,建筑师和结构工程师要坐在一起确定建筑物的形状,并进行必要的计算分析。这时,所设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素,一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果 三、从帐篷到永久性建筑 过去人们习惯地把膜结构看作是个帐篷,而帐篷只能算是一个临时性建筑——不够牢固、不能防火、又不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了,其中的关键问题就是材料。 当初大阪博览会上的美国馆,由于是临时性的展览建筑,采用的膜材是涂覆聚氯乙烯(PVC)的玻璃纤维织物,算不上先进,但在强度上也经受了两次速度高达每小时 140km以上台风的考验。通过这个工程使设计者认识到,需要一种强度更高、耐久性更好、不燃、透光和能自洁的建筑织物,70年代美国制造商开发的玻璃纤维织物即满足了如上的要求。主要的改进是涂覆的面层采用了聚四氟乙烯(PTFE,商品名称 Teflon一特氟隆)。这种材料于1973年首次应用于美国加利福尼亚拉维思学院一个学生活动中心的屋顶上。经过20多年的考验,材料还保持着70-80%的强度,仍然透光并且没有褪色,拉维恩学院膜结构的使用经验表明,涂覆PTEE面层的玻璃纤维织物,不但有足够的强度承受张力,在使用功能上也具有很好的耐久性,从乐观的估计来说,这种材料的使用年限将远不止当初所估计的25年。
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