大空間張拉膜結(jié)構(gòu)建筑的形態(tài)構(gòu)造技巧

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　摘 要：當(dāng)前，張拉膜結(jié)構(gòu)體系已逐漸發(fā)展成熟，國外建成了一批成功的大空間張拉膜結(jié)構(gòu)建筑（LSTM）。國內(nèi)建筑師對此類建筑接觸的時(shí)間不長，對其創(chuàng)作規(guī)律還不甚了解，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與形式相矛盾的現(xiàn)象，針對創(chuàng)作中存在的問題，研究在結(jié)構(gòu)合理性的基礎(chǔ)上張拉膜結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化技巧。

　　關(guān)鍵詞：大空間張拉膜結(jié)構(gòu)建筑；張拉膜結(jié)構(gòu)；界面；張拉單元；形體組構(gòu)

　　當(dāng)今一種全新的空間結(jié)構(gòu)體系——張拉膜結(jié)構(gòu)體系已逐漸發(fā)展成熟。該結(jié)構(gòu)體系包括膜布和張拉構(gòu)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(yù)應(yīng)力和曲度來達(dá)到靜態(tài)的平衡。該體系以受拉為主，受壓為輔，使材料強(qiáng)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(dāng)代最先進(jìn)的大空間覆蓋體系之一。國外在這方面發(fā)展很快，而國內(nèi)建筑師對此類結(jié)構(gòu)接觸的時(shí)間不長，對其創(chuàng)作規(guī)律還不甚了解，設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了墨守成規(guī)或?yàn)樽非笞兓艞壗Y(jié)構(gòu)合理性的現(xiàn)象。針對結(jié)構(gòu)與造型脫節(jié)的問題，在結(jié)構(gòu)合理性的基礎(chǔ)上研究其形態(tài)的變化技巧，力圖使這種新型結(jié)構(gòu)體系的造型潛力充分發(fā)揮出來[1][2].

　　該結(jié)構(gòu)體系對大空間界面的圍合是以多個(gè)張拉單元排列組合的方式實(shí)現(xiàn)的。張拉單元的構(gòu)造形式可劃分為脊谷式、傘式和鞍式。[3].

　　一、脊谷式單元張拉膜結(jié)構(gòu)形態(tài)構(gòu)造技巧

　　1、單元構(gòu)成

　　整體膜結(jié)構(gòu)建筑在構(gòu)造上可分為膜布、張拉構(gòu)件以及維護(hù)結(jié)構(gòu)。從張拉構(gòu)件與膜布的關(guān)系來討論，若構(gòu)件從內(nèi)部對膜布進(jìn)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(gòu)件通過拉索從外部對膜布進(jìn)行張拉，形成張拉構(gòu)件、拉索與膜布的重疊，呈現(xiàn)多層次的構(gòu)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(gòu)件與維護(hù)構(gòu)件的關(guān)系來討論，若張拉結(jié)構(gòu)支撐于側(cè)圍護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)、支柱、膜布彼此分離或交叉，形體、空間趨于動(dòng)感。如慕尼黑奧運(yùn)會(huì)體育場的屋頂，支柱與看臺(tái)彼此分離，構(gòu)件組合更趨于靈活，膜體猶如飄浮于空中，創(chuàng)造出強(qiáng)烈的飄浮感與運(yùn)動(dòng)感。

　　2、單元排列

　　張拉結(jié)構(gòu)單元通常為平行排列。當(dāng)單元的張拉方向與空間的軸線方向產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，單 元的跨度得以延長，膜布的曲線增加，同時(shí)避免了端部視角所形成的單元間彼此的遮擋，使膜結(jié)構(gòu)的造型特點(diǎn)充分展示出來。

　　對于拱支撐式張拉膜穹頂，其張拉結(jié)構(gòu)包括主拱與附拱，主拱起結(jié)構(gòu)支撐作用，附拱起整體聯(lián)系作用。這種張拉結(jié)構(gòu)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(cè)主拱高度依次降低。形態(tài)變化的關(guān)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(jié)構(gòu)形態(tài)構(gòu)造技巧

　　1、單元構(gòu)成

　　吊環(huán)與空間重心的重合或偏移對造型有很大影響。當(dāng)?shù)醐h(huán)重合于空間重心，外觀穩(wěn)定均衡，內(nèi)部空間形成明顯的上升感，如哈吉機(jī)場候機(jī)廳屋頂；當(dāng)?shù)醐h(huán)偏離空間重心，形成動(dòng)感的造型。英國弗克斯頓火車終點(diǎn)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(dāng)?shù)醐h(huán)從下部進(jìn)行張拉時(shí)，則形成倒置單元，空間中間低，四周高，形成明顯的擴(kuò)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(dá)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(gè)界面猶如一把由菱形膜片編織成的花傘[1].

　　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(wǎng)絡(luò)均衡的情況下，追求單元造型的相異性，如正倒單元的交錯(cuò)排列，形成起伏跌宕的空間界面，若進(jìn)一步伴隨著單元張拉環(huán)的偏移，形態(tài)、空間將更具動(dòng)感。當(dāng)基本網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)大小相異時(shí)，則形成自由起伏的空間形態(tài)，由于空間功能的需求和構(gòu)造技術(shù)問題，此類實(shí)施方案還很少見。不過可以講，這是一種極具潛力的構(gòu)圖模式，將極大豐富造型的手段。

　　三、鞍式單元張拉膜結(jié)構(gòu)形態(tài)構(gòu)造技巧

　　鞍式單元為在波峰處用張拉構(gòu)件對膜布進(jìn)行張拉，在波谷處通過預(yù)應(yīng)力使膜布達(dá)到自身的平衡，形成馬鞍狀的單元。

　　1、單元構(gòu)成

　　鞍式單元的構(gòu)成特點(diǎn)在于單元形式的兩個(gè)主要的起伏方向成對角線布置，構(gòu)成的特點(diǎn)決定了其排列、組合的特殊性。

　　2、單元組合

　　由于單元構(gòu)成的特殊性，交錯(cuò)排列是最能體現(xiàn)鞍式單元的造型特點(diǎn)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(nèi)網(wǎng)球館屋頂由三組細(xì)長預(yù)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(cuò)的韻律；膜布與拱之間稍有分離，通過拉索連接。至今，在結(jié)構(gòu)上非常成功的實(shí)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(nèi)，由下向上的受拉環(huán)，環(huán)的上下索之間設(shè)置受壓的鋼制壓桿，其上部節(jié)點(diǎn)用銷釘與焊接連接鋼索。菱形單元之間鋪設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系作為不斷發(fā)展的空間結(jié)構(gòu)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(shù)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(gòu)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。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]那向謙。張拉膜結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用與發(fā)展。 世界建筑1996（3）：66～69

　　[2]藍(lán)天。當(dāng)代膜結(jié)構(gòu)發(fā)展概述。 世界建筑 2000（9）：17～24

　　[3]廖揚(yáng)。索膜建筑設(shè)計(jì)要素。 世界建筑 2000（9）：21～27