行業(yè)動態(tài)
大空間張拉膜結構建筑的形態(tài)構造技巧
作為一種全新的空間結構體系——張拉膜結構體系已逐漸發(fā)展成熟。該結構體系包括膜布和張拉構件。膜布由相互正交的纖維織物組成，剛度和穩(wěn)定性的獲得是通過預應力和曲度來達到靜態(tài)的平衡。該體系以受拉為主，受壓為輔，使材料強度充分發(fā)揮。膜布一般只有0.8 mm厚，自重約為15kg/m2，成為當代最先進的大空間覆蓋體系之一。國外在這方面發(fā)展很快，而國內建筑師對此類結構接觸的時間不長，對其創(chuàng)作規(guī)律還不甚了解，設計中出現(xiàn)了墨守成規(guī)或為追求變化而放棄結構合理性的現(xiàn)象。針對結構與造型脫節(jié)的問題，在結構合理性的基礎上研究其形態(tài)的變化技巧，力圖使這種新型結構體系的造型潛力充分發(fā)揮出來。
該結構體系對大空間界面的圍合是以多個張拉單元排列組合的方式實現(xiàn)的。張拉單元的構造形式可劃分為脊谷式、傘式和鞍式。
一、脊谷式單元張拉膜結構形態(tài)構造技巧
1、單元構成
整體膜結構建筑在構造上可分為膜布、張拉構件以及維護結構。從張拉構件與膜布的關系來討論，若構件從內部對膜布進行支撐，外觀表現(xiàn)以膜布形態(tài)為主，如沙特法何德球場屋頂；若構件通過拉索從外部對膜布進行張拉，形成張拉構件、拉索與膜布的重疊，呈現(xiàn)多層次的構成形態(tài)特征，如悉尼奧林匹克體育場方案的雨蓬。從張拉構件與維護構件的關系來討論，若張拉結構支撐于側圍護墻體，形成膜布、支柱以及墻體相互依附的形態(tài)，使單元造型缺乏變化，形體、空間趨于靜態(tài)；若兩者趨于分離，支柱通過拉索保持自身穩(wěn)定，形成維護結構、支柱、膜布彼此分離或交叉，形體、空間趨于動感。如慕尼黑奧運會體育場的屋頂，支柱與看臺彼此分離，構件組合更趨于靈活，膜體猶如飄浮于空中，創(chuàng)造出強烈的飄浮感與運動感。
2、單元排列
張拉結構單元通常為平行排列。當單元的張拉方向與空間的軸線方向產生旋轉時，單 元的跨度得以延長，膜布的曲線增加，同時避免了端部視角所形成的單元間彼此的遮擋，使膜結構的造型特點充分展示出來。
對于拱支撐式張拉膜穹頂，其張拉結構包括主拱與附拱，主拱起結構支撐作用，附拱起整體聯(lián)系作用。這種張拉結構通常的做法為膜布在主拱間張拉，單元的排列隨主拱平行排列，由中央向兩側主拱高度依次降低。形態(tài)變化的關鍵在于附拱排列方式與膜布張拉方式的改變。
二、傘式單元張拉膜結構形態(tài)構造技巧
1、單元構成
吊環(huán)與空間重心的重合或偏移對造型有很大影響。當?shù)醐h(huán)重合于空間重心，外觀穩(wěn)定均衡，內部空間形成明顯的上升感，如哈吉機場候機廳屋頂；當?shù)醐h(huán)偏離空間重心，形成動感的造型。英國弗克斯頓火車終點站候車廳屋頂，單元頂端布置有放射狀支撐來傾斜支撐吊環(huán)，膜布在吊環(huán)與邊緣方形桁架之間張拉，外觀形式呈現(xiàn)出有抽象意味的雕塑感。
從張拉環(huán)的方位分析，通常做法為吊環(huán)位于膜布的上方，形成正置單元；與之相反，當?shù)醐h(huán)從下部進行張拉時，則形成倒置單元，空間中間低，四周高，形成明顯的擴散感，外觀呈漏斗狀，形成富于趣味的空間界面。沙特阿拉伯杰達赫（Jeddah）旅館的中心庭園為一方形空間，單元頂邊支撐在四周建筑的三角形塔樓頂端，中部向下張拉固定在庭園中心。膜布和索之間形成弧形縫隙，整個界面猶如一把由菱形膜片編織成的花傘。
2、單元排列
單元的通常排列方式為相同元素的平行排列。為追求組合的變化，可以在網絡均衡的情況下，追求單元造型的相異性，如正倒單元的交錯排列，形成起伏跌宕的空間界面，若進一步伴隨著單元張拉環(huán)的偏移，形態(tài)、空間將更具動感。當基本網絡出現(xiàn)大小相異時，則形成自由起伏的空間形態(tài)，由于空間功能的需求和構造技術問題，此類實施方案還很少見。不過可以講，這是一種極具潛力的構圖模式，將極大豐富造型的手段。
三、鞍式單元張拉膜結構形態(tài)構造技巧
鞍式單元為在波峰處用張拉構件對膜布進行張拉，在波谷處通過預應力使膜布達到自身的平衡，形成馬鞍狀的單元。
1、單元構成
鞍式單元的構成特點在于單元形式的兩個主要的起伏方向成對角線布置，構成的特點決定了其排列、組合的特殊性。
2、單元組合
由于單元構成的特殊性，交錯排列是最能體現(xiàn)鞍式單元的造型特點的組合方法，形成了富有活力的界面效果。英國溫布爾登室內網球館屋頂由三組細長預制鋼筋混凝土交叉拱排列支撐，膜布在交叉拱的張拉形成平面近似菱形和三角形的雙曲面，形成空間界面交錯的韻律；膜布與拱之間稍有分離，通過拉索連接。至今，在結構上非常成功的實例是佐治亞穹頂（1993），穹頂?shù)拈L軸為235m，短軸為193m，穹頂有三圈由外向內，由下向上的受拉環(huán)，環(huán)的上下索之間設置受壓的鋼制壓桿，其上部節(jié)點用銷釘與焊接連接鋼索。菱形單元之間鋪設膜布，拉索在周邊對其施加拉力，形成雙曲拋物面。
多層鞍式單元的劃分，不但使不同層的壓桿之間形成菱形、三角形等更為穩(wěn)定的形狀，結構趨于合理，且膜布與拉索交織成由菱形圖案多層放射排列的空間界面，使空間、形體更富于節(jié)奏感。
大空間張拉膜結構體系作為不斷發(fā)展的空間結構體系，其造型技巧也處于不斷發(fā)展、變化、更新之中。以上的歸納是立足于基本技術特征來把握變化的技巧。由于篇幅所限，在這里只討論每種單元的構成、排列變化技巧，至于不同種類單元之間的組合變化，有待在將來用。