张拉膜结构建筑适应性

张拉膜结构建筑适应性

周建新

（四川华府路桥工程有限公司 四川成都 610000）

摘要：自上世纪五十年代起，张拉膜结构建筑以其轻质高效的结构、自由灵活的空间、优雅的建筑形态等特征在世界范围内得以迅速发展。但是，在张拉膜结构建筑大量应用的背景下，国内建成的张拉膜结构建筑设计水平和设计质量参差不齐，存在着结构设计不合理、空间使用效率低下、形态与环境协调性差等现象。本文基于建筑适应性理论研究，在总结建筑适应性研究内容的基础上，结合张拉膜结构建筑特征，分析张拉膜结构建筑空间适应性、功能适应性、环境适应性等四个维度的适应性表现，为评价指标选取提供依据。 

关键词：张拉膜结构建筑；建筑适应性；建筑评价；

1.引言

当前，城市发展逐渐从“增量发展”转向“存量发展”的新阶段。“存量发展”阶段，人们开始关注城市建设的空隙、社会需求与城市空间的多元化开发，采用改扩建相结合的方式进行城市织补等。“存量发展”为轻型建筑的应用带来了新的契机。

轻型建筑指使用轻质建筑材料，可承受较大荷载但质量相对较轻，拥有简洁高效的结构和构造做法的建筑。在可持续发展建设的要求下，面对城市临时的闲置土地利用、城市公共活动空间营造、灾后重建以及乡村等生态敏感地区的建设需求，轻型建筑展现出传统建筑无法比拟的优势。张拉膜结构建筑作为轻型建筑的重要组成部分，具有结构轻质高效、材料可回收利用、构件工厂化生产等特征。与传统框架结构相比，张拉膜结构在材料资源利用、建筑节能、环境适应性等方面更有优势，被广泛应用于改造建筑、临时性建筑、景观建筑等轻型建筑领域。日本建筑师充分利用张拉膜结构建筑可重复拆建和快速建造的优势，将张拉膜结构应用于救灾建筑中，实现张拉膜结构应用于轻型建筑领域的新范式。

2.建筑空间适应性维度

张拉膜结构建筑的内部空间包含两个部分，一部分为功能使用空间，另一部分为结构构件维持膜面所占空间，即结构所占空间。张拉膜建筑结构所占空间普遍较大。因此，对其内部空间的充分利用提出了更高的要求。

充分利用结构空间的常用方法是将平面功能结合结构剖面合理布置。结构的高点区域布置需要较高空间的功能，结构低点区域布置需要低矮空间的功能。例如，意大利M&G实验室的设计中，连续拱支承的膜面将功能性空间包裹在其中，拱形结构下有序布置建筑内部各个功能单元，高大的实验设备在空间较高处放置，较低处作为办公空间，充分利用了拱结构所覆盖的空间。慕尼黑奥林匹克游泳馆采用飞柱支撑和桅杆外部斜拉相结合的结构支撑膜面，整个膜屋面由两个高点向四周逐渐降低。设计中将高点结构设置在比赛区域上方，游泳池设置在结构低点，实现空间高效利用。

此外，还可以利用结构高度形成通高空间、中庭空间等特殊空间。雷励大项目营地设计中，利用脊谷形膜面高度变化产生的多个通高空间，形成丰富的室内空间序列。沙特尔“可汗之帐”利用巨型支架结构支撑钢索网和膜面，结构高度150米，形成巨大的建筑中庭，内部建有人造沙滩、瀑布、高尔夫球场、植物园等。

3.建筑功能适应性维度

将膜结构和传统结构相结合是张拉膜结构建筑进行功能分隔最简单有效的方法，对于私密性要求较高或建筑高度较低的小空间部分，由传统结构围合，而张拉膜结构围合形成建筑的公共空间或大空间。这样可以充分发挥不同结构的结构特征，实现建筑结构与建筑功能相适应。同时避免了张拉膜结构建筑内部空间再分隔的问题。

利雅得外交中心设计中,张拉膜结构围合的封闭式空间顺应围墙的形态依次布置,三个封闭式膜结构与墙体共同组成建筑群。膜结构内部作为接待功能使用，与围墙内的功能互不干涉。巴黎施伦贝格尔中心改造设计中，膜结构屋顶通过锚固点与混凝土墙连接，将建筑室外展览空间布置在膜面下方，室内展览空间布置于混凝土结构围合的建筑中。

利用支撑结构分隔建筑功能，是张拉膜结构建筑功能划分的一种常用方法、。张拉膜结构中的刚性构件主要是刚性支撑构件或边缘构件，如拱支承膜面中的支承拱或锥形膜结构的周边刚性框架等，这些刚性构件对膜面起到张拉约束的作用，同时为隔墙的设置提供刚性接口，在这些位置设置隔墙时，由于是刚性构件之间的交接，墙体可以按照常规建筑分隔的方法来进行设计。 

4.建筑结构适应性维度

张拉膜结构和其他结构形式连接的关键问题是如何将柔性屋面结构与刚性结构采取适宜的方式进行连接。一般情况下，张拉膜结构与传统结构体系的连接主要包括：刚性构件连接、柔性构件连接。

（1）使用刚性构件连接

使用刚性结构连接是张拉膜结构建筑最常用的连接构造形式之一。交界面出现在软性屋顶与刚性墙体顶端之间。张拉膜结构具有大变形的特性，在与刚性墙体连接时需要设置可变性的过渡单元。刚性过渡单元包括设置活动节点与弯曲肋条结构两种方式。

刚性活动节点是膜面与刚性结构交接的常用方式。如图所示，活动节点的上方与膜面相连，滑动节点下方与玻璃幕墙相连。当膜面因荷载作用发生垂直方向偏移时，刚性活动节点会发生滑动，使膜屋面整体不受到剪力作用。另一种方式是采用弯曲肋条结构，肋状钢构件设置在屋顶与围护墙体的过渡部位，使屋顶膜结构曲面与建筑整体的走势吻合，实现自然过渡。但是这种交接方式的缺陷是肋条结构会在膜面上留下一定的痕迹，影响整体外观效果。

（2）使用柔性构件连接

柔性过渡单元作为一种理想的连接过渡材料，能够适应膜屋面在多个方向上的变形，具有较强的变形能力，同时具有较好的气密性。实际工程应用中有三种柔性构件连接方式。软膜隔封下端固定在刚性墙体上，上端与膜面热合连接。采用这种连接方式通常还会在刚性墙体另一侧用软膜与屋顶相切连接，形成双层软膜隔封，可以在一定程度上改善隔声性能和隔热效果。软膜隔封下端固定在刚性墙体上，上端与膜结构的边界张拉索或膜面加强索连接。这些柔性张拉构件具有较大的刚度，外力作用下变形较小。采用软膜材料制成管状封条，内部注入适当空气或保温材料。封条内的介质使管状封条具有很好的弹性，能够很好地消除膜面褶皱。这种方式布置灵活自由，过渡面小。

5.建筑环境适应性维度

场地环境适应性要求正确认识场地环境气候特征，通过科学选址、合理规划和布局利用和改善场地微气候。在张拉膜建筑设计中重点考虑建筑朝向、间距和布局形式。在充分认识场地地理环境的基础上，利用其有利因素，同时控制和改善其不利因素。例如考虑利用或限制城市主导风向、利用绿地水体等环境要素进行微气候调节等。

此外，场地环境对建筑形态设计具有非常重要的影响。张拉膜建筑形态设计的合理性依据之一就是建筑形态与场地环境的互动和回应。高差变化、边界条件、特殊的地形地貌，都会对建筑形态产生作用和影响。在张拉膜建筑设计之初，就要充分考虑建筑场地现状。在科学合理的前提下通过最小的人工干预实现建筑与环境的有机融合。

6.结束语

本文在总结建筑适应性理论研究的基础上，提出张拉膜结构建筑适应性的四个维度。结合张拉膜结构建筑案例论述了张拉膜结构建筑空间适应性、建筑功能适应性、建筑结构适应性、建筑环境适应性等四个维度的适应性表现及其内涵，为评价指标选取提供依据。

参考文献

[1]温菲尔德·奈丁格...轻型建筑与自然设计[M].中国建筑工业出版社,2010.

[2]楼昕,刘振华.浅析膜结构的发展和张拉膜结构设计[J].建设工程理论与实践,2005.

[3]钱基宏,宋涛.张拉膜结构的找形分析与形态优化研究[J].建筑结构学报,2002,23(3):84-88.．

[4]郭晓娟,张三明.膜表皮建筑物理适用性分析[J].华中建筑,2013(4):38-41．