充氣膜結構(輕型空間建築結構的分支)

充氣膜結構是一種新型建築結構,是輕型空間結構的一個重要分支,具有豐富多彩的造型,建築特性、結構特性優越,主要分為張拉膜結構、骨架膜結構、充氣膜結構、索桁架膜結構等。

基本簡介

充氣膜結構概述

膜結構是輕型空間結構的一個重要分支,除豐富多彩的造型外,還有優異的建築特性、結構特性、和適宜的經濟型,因此膜結構的誕生,就迅速在世界各地發展起來。而膜結構建築主要分為張拉膜結構、骨架膜結構、充氣膜結構、索桁架膜結構、張拉整體與索穹頂膜結構。

充氣膜結構是一個相對密閉的空間結構,與傳統空間結構建築不一樣的是,它通過風機向結構內部鼓風送氣,使膜結構內外保持一定的壓力差,以保證膜結構體系的剛度,維持所設計的形狀。

同時壓力控制系統可使結構維持一定的內外壓,保證結構穩定性。

1917年,英國W.Lanchester 發明了一種充氣膜結構作為右外醫院建築屋面,這是一種安裝便捷、造價經濟的屋面體系,但是他本人並未建成。

1946年,英國人Walter Bird建成第一個現代充氣膜結構,多普勒雷達穹頂(Doppler Radome),直徑15m,矢高18.3m,採用以玻璃纖維為基布氯丁二烯橡膠為塗層的膜材。1950~1970年間,相繼在美國、德國等地建造了大量類似穹頂,最大直徑達到60m。

1970年日本大阪世博你(EXPO』70)為膜結構發展提供了契機。因日本多地震,且展館多位於軟土地基,因此,展館宜採用輕結構體系。由David Geiger完成結構設計的美國館,首次建成了大跨低輪廓充氣膜結構,平面為139m×78m的橢圓。

1972年~1984年,由David Geiger設計,Birdair公司在美國建成銀色穹頂(Silver Dome,220m×159m)等7座巨大型充氣膜結構,但多數膜結構被證明大跨度的膜結構難以有效抵抗惡劣氣候條件。

1988年,日本建成東京穹頂(Toyko Dome)。雖然充氣膜結構技術達到了一個新的台階,但之後世界各地再也沒有建造過巨大型充氣膜結構建築。

充氣膜結構在索穹頂體系出現之前,創造了段大跨建築的輝煌發展史。

充氣膜結構做一種新型的空間建築,具有傳統建築無法比擬的優勢。特別對於需要大面積大空間的作業廠區,它比任何建築更具有優勢,因此它可廣泛應用在需要大跨度作業空間。

因此它可應用於大面積作業車間、倉庫、體育場館、展覽館等。

在工業領域的應用

國內的大面積敞開式作業區如污染土處理區、堆肥處置區、危廢處置區、垃圾填埋作業區等作業區所產生的污染氣體很容易就會擴散至周邊,嚴重影響周邊居民的生活環境,不但從身體上,更是從心理上給人們帶來了嚴重的危害。

至今為止,並無針對此類大面積敞開式作業區污染氣體的污染氣體收集處理措施,這些大面積敞開式作業區所產生的污染氣體還沒有得到有效的控制處理。充氣膜結構作為一種創新的建築形式,可用於大面積敞開式作業區,其對作業區內污染物的控制以及與收集處理系統有機結合在世界上還沒有先例。

這種大面積敞開式作業區密閉及氣體收集處理設施,解決污染土處理區、堆肥處置區、危廢處置區、垃圾填埋作業區等大面積敞開式作業區的污染氣體無組織排放的問題。設施包括通過送風管道連接的充氣膜和送風機,充氣膜上設有氣密門,充氣膜上端通過線路連接自控和檢測設備,充氣膜下端通過收集管道連接氣體處理設備,氣體處理設備通過排氣機連接排氣筒。

使用大面積敞開式作業區密閉及氣體收集處理設施能夠實現以下效果:

1)將污染土處理區、堆肥處置區、危廢處置區、垃圾填埋作業區等大面積敞開式作業區產生污染氣體的原有的無組織排放變為有組織排放,並且氣體排放達到國家排放標準;

2)減少在污染土處理區、堆肥處置區、危廢處置區、垃圾填埋作業區等大面積敞開式作業區的降水下滲所產生的地下水污染;

3)減少污染土處理區、堆肥處置區、危廢處置區、垃圾填埋作業區等大面積敞開式作業區產生的灰塵飛揚和細菌散發;

4)改善污染土處理區、堆肥處置區、危廢處置區、垃圾填埋作業區等大面積敞開式作業區的視覺效果;

5)可使污染土處理區、堆肥處置區、危廢處置區、垃圾填埋作業區等大面積敞開式作業區不受天氣影響,可進行全天候連續作業。

體育場館應用

由於膜結構內部具有富氧,不受外界天氣干擾的重要因素,因此膜結構廣泛地應用在體育場館領域,如滑冰場,游泳館,羽毛球場等。

應用前景

由於膜結構具有豐富多彩的造型、優異的建築特性、結構特性、和適宜的經濟型等其他傳統建築無法比擬的優勢,膜結構必定越來越廣泛地應用於工業與人們的日常生活中,具有廣闊的前景。