看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)是一種建筑與結(jié)構(gòu)結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系,采用高強(qiáng)度柔性薄膜材料與輔助結(jié)構(gòu),通過(guò)一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生預(yù)張應(yīng)力,并形成應(yīng)力控制下的某種空間形狀,作為覆蓋結(jié)構(gòu)或建筑物主體,其廣泛應(yīng)用于體育場(chǎng)館、學(xué)校操場(chǎng)等場(chǎng)所的現(xiàn)代建筑形式,主要具備遮陽(yáng)擋雨、優(yōu)化觀賽體驗(yàn)等功能。
看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)常用膜材分為三類,分別是PVC膜、PTFE膜、ETFE膜。其中PVC膜以聚氯乙烯(PVC)為基材,經(jīng)涂層、復(fù)合、熱固化等工藝制成,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,具備良好的防水、防火、耐候、耐老化等性能,是目前應(yīng)用最廣泛的膜結(jié)構(gòu)材料;PTFE膜以聚四氟乙烯(PTFE)為基材,經(jīng)涂層、復(fù)合、熱固化等工藝制成,具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、耐紫外線、自潔等性能,適用于惡劣環(huán)境,兼具自潔性,是一種高端的膜結(jié)構(gòu)材料;ETFE膜是以乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)為基材,經(jīng)吹塑、熱固化等工藝制成,具有極高的透光率、輕質(zhì)、柔韌、可回收等性能,其透光率高達(dá)95%,通過(guò)多層氣枕結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)隔熱,表面氟涂層具備自潔功能,降低維護(hù)成本,一種新型的膜結(jié)構(gòu)材料。
看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)與施工方面的一些關(guān)鍵技術(shù)主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工流程。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是通過(guò)三維建模進(jìn)行力學(xué)分析,精準(zhǔn)計(jì)算風(fēng)壓、雪載等荷載,確保大跨度穩(wěn)定性,采用預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù),使膜面形成穩(wěn)定曲面,避免應(yīng)力集中導(dǎo)致的撕裂風(fēng)險(xiǎn)。施工流程首先是鋼結(jié)構(gòu)定位,立柱垂直度偏差≤3mm,全站儀校準(zhǔn)桁架拼裝;然后是膜材安裝,分區(qū)吊裝膜單元,分階段施加預(yù)張力,控制張拉速度防止變形;最后是氣密性處理,ETFE氣枕需注入惰性氣體并嚴(yán)格檢測(cè)密封性。
看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)具有造型美觀獨(dú)特、自重輕抗震好、施工方便快捷、環(huán)保節(jié)能和自潔性好等多種特點(diǎn)??磁_(tái)膜結(jié)構(gòu)突破傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)類型,可結(jié)合自然條件,創(chuàng)造出曲線及各種造型,色彩豐富,富有時(shí)代氣息;膜材自重輕,抗震性能好,不需要內(nèi)部支承,可創(chuàng)造巨大的無(wú)遮擋可視空間,增加空間使用面積;膜片裁剪、鋼索及鋼結(jié)構(gòu)等制作在工廠完成,現(xiàn)場(chǎng)施工只是連接安裝定位及張拉過(guò)程,施工安裝迅速快捷,相對(duì)傳統(tǒng)建筑工程工期較短;膜材生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保,可回收再利用,減少鋼材、混凝土等傳統(tǒng)建材使用量,降低資源消耗和建筑垃圾產(chǎn)生,良好的透光性和保溫隔熱性能也減少了照明和空調(diào)系統(tǒng)能耗;其采用具有防護(hù)涂層的膜材,本身不發(fā)黏,灰塵可靠雨水自然沖洗達(dá)到良好的自潔效果,保證建筑使用壽命。
看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中,需要滿足功能需求,考慮環(huán)境協(xié)調(diào),合理選擇材料,確定結(jié)構(gòu)形式,規(guī)劃尺寸參數(shù),設(shè)計(jì)連接件與支撐結(jié)構(gòu)。在功能需求設(shè)計(jì)方面,需要滿足遮陽(yáng)、遮雨、隔熱、隔音、通風(fēng)、照明、安全等要求,同時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性、耐久性等;在與環(huán)境協(xié)調(diào)中,需要與場(chǎng)地適應(yīng)、與建筑呼應(yīng)、與文化融合等,盡可能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的和諧性;在材料選擇中,要根據(jù)具體需求,綜合考慮材料的力學(xué)性能、耐候性、耐腐蝕性以及成本等因素,選擇最合適的膜材和支撐材料;在結(jié)構(gòu)形式的選擇中,包括拱形、折線形、球形等,不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)建筑視覺(jué)效果和空間功能有重要影響,需根據(jù)場(chǎng)地條件和功能需求選擇;在規(guī)劃尺寸參數(shù)中,需合理規(guī)劃看臺(tái)的長(zhǎng)度、寬度、層高,設(shè)計(jì)好角落和曲率,以實(shí)現(xiàn)最佳的視覺(jué)效果和結(jié)構(gòu)性能;在設(shè)計(jì)連接件與支撐結(jié)構(gòu)中,確保其具備足夠的強(qiáng)度、剛度以及良好的耐候性、耐腐蝕性,確??磁_(tái)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)景較為廣泛,常見(jiàn)于體育場(chǎng)館、學(xué)??磁_(tái)和景觀融合中。體育場(chǎng)館如德國(guó)慕尼黑安聯(lián)競(jìng)技場(chǎng)(Allianz Arena)以ETFE膜營(yíng)造動(dòng)態(tài)光影效果,卡塔爾體育場(chǎng)結(jié)合鋼索桅桿實(shí)現(xiàn)無(wú)柱大空間;學(xué)??磁_(tái)如內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗實(shí)驗(yàn)學(xué)校、咸陽(yáng)中學(xué)等項(xiàng)目采用膜結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)棚,兼顧耐久性與審美需求;景觀融合如泰安汶河景區(qū)船帆膜結(jié)構(gòu)、鄂爾多斯西山公園張拉膜,將功能性與自然景觀有機(jī)統(tǒng)一。膜結(jié)構(gòu)看臺(tái)通過(guò)材料創(chuàng)新與精密工程,實(shí)現(xiàn)了功能、美學(xué)與經(jīng)濟(jì)的平衡,正逐步成為現(xiàn)代體育及公共設(shè)施的主流選擇。