2017-12-07

走近世博会,感受未来建筑“外衣”

走近世博会,感受未来建筑“外衣”

 



首日,超过20万的中外游客,徜徉于如人类文明魔方般的世博园。

  流连于千奇百状的展馆间,“为城市的明天储蓄智慧”、“人类、创造力、城市”、“和谐都市”等各国展馆主题,次第映入眼帘。这次上海世博会的主题是“城市,让生活更美好”,这一点,仅从各国展馆建筑“外衣”上,就能生动形象地体现出来。

  远远看去,位于B片区的澳大利亚馆,好像澳洲旷野上一座绵延起伏的弧形矿石,初看上去似乎有些锈迹斑斑,但是用手一摸,却感觉非常光滑。展馆前,一位来自悉尼的女孩用熟练的中文告诉记者,澳大利亚是钢铁资源大国,展馆外表采用了用钢铁炼成的新材料——深棕色的耐候钢。这种钢表面有一层致密和附着性很强的保护膜,不仅具有优良的抗蚀性能,而且只含微量的合金元素,因此比目前大量使用的不锈钢造价更为便宜。

  说起展馆建筑“外衣”,有着较强环保理念和配套技术的日本,历来相当重视。早在2000年举行的汉诺威世博会上,日本建筑师坂茂设计的纸建筑,就曾技惊四座,其材料来源于回收加工的纸料。汉诺威世博会结束后,这些材料又被运回日本,重新回收利用,制成了小学生用的练习册。此次上海世博会上,有着“紫蚕岛”美誉的日本馆,令人惊叹。其表面是一层带有太阳能发电装置的超轻“膜结构”,据介绍,这层膜不但白天能通透采光,还能利用积蓄的太阳能发电,让建筑物在夜晚闪闪发光。在“膜结构”的外表,还有一层“水膜”,可强化冷暖空气的流通,减少空调能耗,让展馆自由“呼吸”。

花这么大的力气去改善城市建筑“外衣”,是否只是吸引观众眼球的“表面文章”?其实不然。据有关资料显示,建筑材料与碳排放量息息相关。以一套90平方米、层高3米的住宅计算,如果使用新型环保保温板,每年可减少碳排量达72900公斤,相当于种植将近4000棵树。可以想象,当越来越多的建筑采用低碳“外衣”,城市一定能够让生活变得更美好。

  “什么时候能住上这样的房子?”、“我们住得起这样的房子吗?”在世博园参观时,面对宛若“星际来客”般的建筑,不时能听到观众发出这样的疑问。其实,从历届世博会来看,每一次让世人为之侧目的新发明、新创造,往往都能在世博会后被迅速普及推广,随之而来的则是成本的有效降低。由此看来,质优价廉的低碳建筑,并不是一个遥远的梦。

发展建筑低碳“外衣”,对于正致力于走可持续发展道路的中国来说,刻不容缓。我国目前拥有的建筑总面积已超过400亿平方米,每年新增建筑面积达到16至20亿平方米,到2020年,将新增建筑面积近200亿平方米。与此同时,与一些发达国家相比,我国建筑能耗情况还处于一个较高水平。

  近年来,发展低碳建筑,已成为我国节能减排战略的重要组成部分。截至2009年底,我国绿色建筑面积累计已达2000多万平方米。此次以“城市,让生活更美好”为主题的上海世博会,正是我们学习借鉴其他国家低碳建筑优长,展示我国“低碳”决心,坚持走可持续发展道路的一个良好契机。当然,这不仅有赖于政府、科研机构、相关企业的努力,更需要我们每个人从点滴做起。

 

2017-12-08

膜结构的未来

膜结构的未来

 


中国钢结构协会空间结构分会理事长张毅刚通过对2012年韩国丽水世博会、2012年英国伦敦奥运会、2014年将在巴西举办的世界杯场馆建设分析认为,膜结构将不断拓宽其应用范围。

据张毅刚介绍,韩国丽水世博会国际馆屋盖造型的寓意为丽水的海浪与岛屿,采用钢结构骨架支承膜结构。屋面上共有11个“岛屿”、7个不同大小形状。其中,最小的是14米×14米×5.3米,重约95 千克;最大的22米×18米×7.8米,重约203千克。张毅刚说,屋面上的“岛屿”既是造型,同时在其内部设有通风口,其担负了展厅的自然通风的任务,其内外均采用半透明的二氧化钛PVC膜覆盖。

薛素铎就中钢协膜结构委员会第三届专业委员会今后的工作提出7个想法:一是规范并完善膜结构等级会员制度;二是推进项目经理管理工作,通过开展相关的培训工作提高项目经理的管理、技术水平;三是完善技术规程,适时开展工程质量标准的编制工作;四是进一步加强膜结构的技术研讨工作;五是积极开展专业人才的培养,利用高校和企业搭建平台;六是进一步加强中钢协膜结构委员会的技术咨询服务,满足行业需求;七是积极配合2013年中国钢结构协会空间结构分会成立20周年的活动,并设立膜结构专题会场,总结交流膜结构的历史、发展、未来。

2018-01-17

膜结构分类

膜结构分类

 

膜结构分类:

    张拉式膜结构

    通过钢索与膜材共同受力形式稳定曲面来覆盖建筑空间,它是索膜建筑的代表和精华,具有高度的形体可塑性和结构灵活性。

    骨架式膜结构

    通过自身稳定的骨架体系支撑膜体来覆盖建筑空间,骨架体系决定建筑形体,膜体为覆盖物。

    空气式膜结构

    通过空气压力支撑膜体来覆盖建筑空间,它形体单一,运用较少。

    优点:

    更自由的建筑形体塑造

    多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化,新颖美观,同时体现结构之美,且色彩丰富,可创造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。

    更好的经济效益

    膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1/30,这就降低了墙体和基础的造价。同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的“建筑可识性”和商业效应,其价格效益比更高。

    更短的施工周期

    膜工程中所有加工和制作依设计均可在工厂内完成,在现场只进行安装作业。相比传统建筑的施工周期,它几乎要快一倍。

    更低的能源损耗

    膜材有较高的反射性及较低的光吸收低,并且热传导性较低,这极大程度上阻止太阳能进入室内。另外,膜材的半透明性保证了适当的自然漫散射光照明室内。

    更大跨度的建筑空间

    由于自重轻,膜建筑可以不需要内部支撑面大跨度覆盖空间,这使人们可以列灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。

    基材:

    膜材基本上为一种织布,织材由纤维构成。一织品结构的材料选择、适当的设计、施工、制造及安装,综合这几点能够确保结构的品质。结构的好坏主要取决于材料的选择。运用在拉力结构及充气式结构中更为贴切,因为膜材本身亦有载重。大部分的织品结构运用织品更甚于网状物或胶卷。织品主要镀上其它材料或压层以产生更大的拉力或更强的抗外力。最常见的材料为聚酯压层或镀PVC材质,镀PTFE或镀硅之玻璃纤维材质。网状物、胶卷及其它材料各有其适用范围。

    而通常纤维之运用可分为下列数种:

    尼龙/Nylon:

    抗拉力较Polyester稍佳,但其弹力系数较低,使得在载重之情形下可能造成皱褶之机率大为升高,且易受湿度变化影响,使得在裁切前后之误差产生,并且易受紫外线影响而逐渐失去抗拉力。

    聚酯类/Polyester:

    其抗拉力较Nylon稍差,但因其良好的张力、耐久性、低成本及拉力,在某些使用上其较钢性的特质能弥补其不足。聚酯为最常用之基材。PVC膜片与聚酯胶合或镀层在较长时间的制造中通常为最经济的方式。胶合物通常由织布或聚酯接合成的网覆盖乙烯基膜而组成(称为基材)。镀层织品一般都会使用高计数、高拉力之织品镀上一层有弹性的物质以强化拉力。织品制造方式为在镀层前及镀层过程中将聚酯织品置于张力下。结果是织布上不同方向的纱具有鲜明的特性,织品的稳定性增加,为较轻的织品(200~270gm/m2)。

    未处理之Polyester纤维同样易受紫外线破坏,但在保护涂层覆盖后相较于同样处理之Nylon更能抵抗紫外线,因此就实用而言,Polyester之抗紫外线能力较Nylon为佳。

    玻璃纤维/FiberGlass:

    具有高弹性系数及高抗拉强度,但其纤维易因重复之压折而破坏,为克服此点,运用较小直径之纤维稍能降低破坏之程度。玻璃纤维不易受紫外线破坏,因此大为应用于永久性的建构上。

    人造纤维Aramids(Kevlar):

    具有高弹性系数及高抗撕裂强度,伸缩性较玻璃纤维为佳但不及Nylon与Polyester。曝露于紫外线下同样会使基材之特性恶化。

2017-12-07

膜结构的发展方向

膜结构的发展方向

 

膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式,它以性能优良的织物为材料,或是向膜内充气,由空气压力支撑膜面,或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧,形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。自从1970年代以来, 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。成为化纤纺织品应用的一个重要领域。近年来在中国建筑 结构中也有长足的进展。大阪万国博览会中的美国馆采用了气承式空气 膜结构。

这个拟椭圆形、轴线尺寸为 140m×83.5m的展览馆是世界上第一个大跨度的 膜结构,而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂层玻璃纤维织物。作为一种真正的现代工程结构,大阪万国博览会的展览馆标志着 膜结构时代的开始。自此以后, 膜结构在世界范围内得到了迅猛的发展。

从跨度来说,美国庞提亚克的"银色穹顶"气承式空气膜结构的平面有234.9m×183m,开始采用聚四氟乙烯(PTFE)涂层的玻璃纤维织物,类似的大型体育馆在北美就建了九座。从面积来说,沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的悬挂膜结构占地42万m2。作为 膜结构一种新形式,索穹顶于1988年首先用在汉城奥运会的体操馆与击剑馆,其后又在一些体育建筑中得到推广。千年穹顶以其独特的 膜结构,显示了当今建筑技术与材料科学的发展水平。

2017-12-22

膜结构的“春天”来临

膜结构的“春天”来临

 

     膜结构经历了20多年的‘冷却期',现在世界各国在大力提倡建设绿色建筑,我认为这就能将膜结构带入第二个‘春天'。”美国纽约大学博士、美国盖格工程顾问公司首席结构师廖士骏对记者说道。
        这位在大型公共建筑穹顶膜技术领域研究了42年的美籍华人,为世界设计大小体育馆、球场共有30余项,其中他在1974年为美国密歇根州底特律市主持设计的银顶球场是目前世界上最大的室内体育馆,并获得了美国工程师协会的特殊成就奖。近日,记者专访了已然将工作重心从美国转移至中国国内的廖士骏先生。

        中国房地产报:您作为穹顶膜结构研究领域的元老,能否谈谈膜结构的发展历程?

        廖士骏:我们盖格公司当初研发膜结构也是一种非常巧合的机缘。那是1970年在日本大阪举行的世界博览会,要求每个参会的国家都要提供一个代表性的建筑。我们在美国馆的竞标中获胜,这是挺高兴的一件事。可美国政府当时却只给我们500万美元去做一个又宏伟又能代表美国经济的建筑,当时我们觉得这几乎是不可能完成的任务。后来我们反复研究,发现其实建筑最耗材的地方就在于墙体和玻璃。我们灵机一动便决定做一个不要墙和玻璃的建筑。我们将钢索编成的网放置到一个挖好的椭圆形大坑里,之后用日本卡车的顶棚布改造成的聚酯膜覆盖到网上,最后用鼓风机在这个大坑里进行充气,就形成了一个“巨蛋”。但我们使用的聚酯膜布,如果长时间接受太阳紫外线的照射,会很容易老化。它的寿命也只有7年,所以后来我们同杜邦化学公司、贝尔德建筑公司共同研发了永久性结构膜,叫做特氟龙玻璃纤维布(PTFE)。

        由于这种膜结构节能省材又非常轻巧,所以在这以后的10年间被美国及一些阿拉伯国家广泛使用,那段时间也是膜结构发展的一个高峰期。

        中国房地产报:在高峰期之后的时间里,膜结构的发展处于一种什么样的状态?

        廖士骏:从1987年以后,膜结构就开始走下坡路。因为那时加拿大的多伦多设计了一种开合式屋顶的球场,一些国家看到这个设计美观、新颖,就纷纷效仿,所以膜结构在那时就被乌云遮月了。实际上那种开合式的屋顶技术是一种倒退,那是很不经济的一种结构,一片屋顶就达到3000多吨重,造价也是膜结构的12倍。

        中国房地产报:你们对膜结构的技术进行了怎样的改进?

        廖士骏:因为膜结构的张力很强,在较大的距离内都不需要钢铁的支撑。所以这就能节省很多材料。但是由于特氟龙膜的保温效果不好,当冬天烧暖气时,外面的风会将里面的热气带走,于是我们就研制了一种绝热的内衬,叫做透明隔热层。将这个隔热层置于布中,就能达到很好的保温效果,同时还能抵制夏天室外的热气,冬暖夏凉。只要能将保温工作做好,那么用来烧暖气的燃料自然就减少了,这也就达到了节能的要求。所以我们现在完全是按照绿色建筑的标准去设计建筑。

        中国房地产报:现在世界各国都在呼吁建设绿色建筑,为什么您会将目光瞄向中国市场?

        廖士骏:虽然美国也一直在喊建设绿色建筑的口号,但实际上他们却并没有在这一方面得到落实,我感觉中国对绿色建筑的重视程度上要高于美国和欧洲国家。据我分析,这是因为中国的能源比欧美国家都更为紧张。我们有13亿人口要养活,而我们的资源、能源却非常少。

        另外,中国有非常大的市场空间。据测算,在国内今后的建筑材料上,膜结构会有20%的市场份额。事实上,一个建筑材料能占到市场份额的10%就很不错了。4月26日,我会去天津参加一个国际建筑钢结构、膜结构展览会,到时候我会在会上对膜结构进行讲解,这也将成为我在国内推广膜结构的一种方式。

        膜结构是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面,能承受一定外荷载的空间结构形式。其具有造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于使用安全等优点。

2018-01-10

世界规模最大PTFE连续张拉索膜结构雕塑

世界规模最大PTFE连续张拉索膜结构雕塑

 

世博会期间,7000万参观者中的23%将通过世博轴换乘地铁、走进场馆,它将是园区人流交通的最主要主要通道。世博轴及地下综合体,简称世博轴,是由二层地下空间、地面层、10米高架平台、屋顶索膜结构及阳光谷结构共同组成。世界规模最大的连续张拉索膜结构;世博轴索膜结构是迄今为止世界规模最大的连续张拉索膜结构,膜材选用了一种名为PTFE(聚四氟乙烯)的涂层玻璃纤维,具有不易燃性、防紫外线、抗风化、自洁性、高反射性等特点,完全可以适应上海地区的台风气候,“阳光谷索膜结构只有在十级以上的风力,才会出现明显的位移,这个位移也在可以控制的范围之内。”阳光谷建筑负责人骄傲的告诉记者。上海世博会工程建设指挥部办公室的市政项目部总经理赵克平透露,张拉膜总面积约77224m2,最大跨度约97米,由31个外侧桅杆,19个下拉点以及18个与阳光谷的拉接点通过13种不同功能索张拉而成,膜片数量69片,其中最大的膜单片面积达1780m2。

吸人眼球的索膜结构

“世博轴索膜结构是迄今为止世界规模最大的连续张拉索膜结构。”上海世博会工程建设指挥部办公室的市政项目部总经理赵克平介绍说。“膜材选用了一种名为PTFE(聚四氟乙烯)的图层玻璃纤维,具有不易燃性、防紫外线、抗风化、自洁性、高反射性等特点。”

据了解,张拉膜总面积约77224平方米,最大跨度约97米,由31个外侧桅杆,19个下拉点以及18个与阳光谷的拉结点通过13中不同功能索张拉而成,膜片数量69片,其中最大的膜单片面积达1780平方米。

与众不同的阳光谷

“阳光谷的总高度达41.5米。它们穿插于世博轴之中,为过长的流线创造了不可或缺的景观节点,也成为世博轴最具标志性的特征之一。”华东建筑设计研究院有限公司院副总建筑师黄秋平说。“阳光谷没有两根一样的杆件,也没有两块一样的玻璃。它为大悬挑单层薄壳玻璃幕墙结构。6个阳光谷共有10600个节点。杆件总长6万米、表面积31500平方米、预计用钢量超过3500吨。”

当有记者问到阳光谷的雨水收集功能主要体现在哪些方面,黄秋平回答说:“阳光谷将阳光、绿化和自然空气引入地下空间。水经初步净化后作立面、厕所冲洗,作景观用水等。此外还能利用热空气拔风效应促成建筑内自然通风。”

节能环保的世博轴

世博轴项目利用黄浦江,采用江水源与地源提供了全部空调能源,其中江水源占70%、地源占30%。现代设计集团华东建筑设计研究院有限公司建筑师叶大法向记者介绍,世博轴是世博园区内唯一一个全部使用地源热泵技术的空调冷热源系统集成的项目。

“世博轴底部设置了总长度约800米,宽5米,深2.5米的雨水沟渠以收集各阳光谷积蓄的雨水和两侧草坡雨水,总计约7000吨。既能满足特大暴雨时的蓄洪要求,经过过滤和处理后又可运用到草坡景观浇灌和世博轴内小气候调节,进一步节约水资源,实现真正意义上的建筑与自然间的平衡与和谐。”

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