氣膜建筑的發(fā)展歷史

目錄一、氣膜建筑的歷史背景及工作原理1.1歷史背景1.2氣膜建筑的工作原理二、世界主要氣膜生產(chǎn)商介紹及技術(shù)分析2.1主要氣膜生產(chǎn)商介紹2.2主要公司氣膜產(chǎn)品分析比較三、氣膜在中國的發(fā)展及現(xiàn)狀3.1中國氣膜建筑系統(tǒng)的發(fā)展3.2氣膜建筑市場前景廣闊四、氣膜建筑系統(tǒng)經(jīng)濟實用性分析2.1氣膜建筑安全性2.1.1防風抗雪抗震2.1.2建筑安全門的設(shè)計2.1.3控制系統(tǒng)2.1.4使用壽命2.2建筑方式靈活2.2.1可建筑于樓頂2.2.2施工周期短2.2.3可遷移并重復使用2.3節(jié)能環(huán)保2.3.1場館運營能耗低于傳統(tǒng)建筑2.3.2氣膜球館與傳統(tǒng)球館能耗比較2.4新設(shè)計氣膜環(huán)境下人體體能的影響五、防火及緊急情況5.1防火5.2相關(guān)報告六、國內(nèi)外各主要領(lǐng)域應用及經(jīng)典項目6.1實例應用6.2經(jīng)典項目分享 一、氣膜建筑的歷史背景及工作原理1.1歷史背景1917年有一位名為蘭徹斯特的美國人建議利用新發(fā)明的電力鼓風機將膜布吹脹，作野戰(zhàn)醫(yī)院。像

許多專利申請案一樣，這只是一種構(gòu)思，而沒有真正成為使用的產(chǎn)品。

1946年，有一位名為華特

?貝爾德的人為美國軍方做了一個直徑

15m圓形充氣的雷達罩，可以保護雷達不受氣候侵

襲，又可讓電波無阻的通過，從而使相隔了19年的專利付諸實用。由此而衍生出了一個新的工業(yè)

產(chǎn)業(yè)。1968年，美國紐約的建筑師布羅迪和哥

倫比亞的大衛(wèi)?蓋格教授合力爭取到了日本大阪世界博覽會美國館的設(shè)計權(quán)。原先的經(jīng)費

2500萬美元，被一再消減到250萬美元，此設(shè)計組承受了無比的挑戰(zhàn)，在窮則變，變則通的情況下，將基地挖一大坑，將廢土堆在四周，筑成圍墻，其上澆注一混凝土壓力環(huán)，將鋼索網(wǎng)固定在環(huán)上，再將膜布固定在鋼索網(wǎng)上，加以充氣，就做成了9290m2的展覽館，從而開啟了氣撐式膜結(jié)構(gòu)的新頁。

當時采用的是充氣帳篷的原理，作為部隊的戰(zhàn)地醫(yī)院。70年代以后，由于建筑使用織物材料的改進，機電機械的提升，氣膜建筑獲得了巨大的發(fā)展，加拿大、美國建造了許多永久性的氣膜建筑。并不斷結(jié)合新技術(shù)開發(fā)氣膜建筑的穩(wěn)定性，安全性和舒適性。1968年到1987年之間，有

8座室內(nèi)運動館是以此方法設(shè)計建造的。在大阪世博會，蓋格公司成功地向世人推出氣撐式膜結(jié)構(gòu)的新設(shè)計技術(shù)，而受到建筑工程界一致認可后，又面臨所使用的膜材料問題。這種膜材只有7年—

8年的壽命，在太陽紫外線及風、雨的交互作用下，膜布會變得硬脆、破裂，而失去結(jié)構(gòu)性能。只有使用好的膜布材料，才能使這種大跨距的屋頂，成為永久性的建筑。

這期間比較有名的項目就是１９６８年美國ＡＳＡＴＩ（阿賽奇）公司把哈佛大學的田徑場用一個巨大的充氣膜覆蓋成為室內(nèi)運動館，轟動一時。70年代，在ＡＳＡＴＩ（阿賽奇）公司領(lǐng)導下，美國制造商改進了涂覆的面層（包括杜邦公司），永久性的PTFE膜正式誕生（PTEF，商品名Teflon)。經(jīng)過加速氣候?qū)嶒灒ㄒ粋€月頂自然環(huán)境幾個月甚至幾年），其物理穩(wěn)定性確定后，ＡＳＡＴＩ（阿賽奇）公司又設(shè)計各種結(jié)構(gòu)配件及確定設(shè)計程序，以建造不同性質(zhì)的膜結(jié)構(gòu)。

堪薩斯城的建筑師約翰?西弗率先使用此產(chǎn)品，在加州的拉?弗恩建了一座學生活動中心，經(jīng)過20多年的考驗，材料還保持70～80%強度，仍透光。

另外，幾平同時即1973年在圣太?克羅拉的加州分校辦建了一座氣撐游泳館（活動屋頂）及學生活動中心，從此永久性膜結(jié)構(gòu)便正式在世界風行。

由于氣膜建筑所具備的獨特的建筑特點和優(yōu)勢，自誕生以來，得到了迅速的推廣，在北美的應用十分普遍。美國ASATI（阿賽奇）公司從1961年構(gòu)建第一個氣膜網(wǎng)球館，至今已經(jīng)在各種大風大雪及氣候惡劣的環(huán)境下，成功設(shè)計并安裝了超過5000個氣膜，超過40年的成功經(jīng)驗保證氣膜建筑的安全及穩(wěn)定。1.2氣膜建筑的工作原理大跨度氣膜建筑的建筑原理是利用建筑內(nèi)外的氣壓差來支撐形成建筑外殼的輕質(zhì)膜材，構(gòu)成建筑空間。氣膜屋頂為割球弧面(或近似割橢圓弧面)，矢跨(即高寬比)比應小于0.75。氣膜建筑內(nèi)為超壓（也稱為正壓），室內(nèi)外壓差一般為250-500Pa，即約為1-2W.C.(英寸水柱)。海拔高度大約每升高12米，大氣壓強降低1毫米汞柱（0.54W.C.），因此，氣膜內(nèi)外壓差約為海拔高度差24—48米處大氣壓差。約相當于從地面到樓房7-14層(按每層3.5M二、世界主要氣膜生產(chǎn)商介紹及技術(shù)分析2.1主要氣膜生產(chǎn)商介紹目前從世界氣膜結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展來看，由于氣膜建筑系統(tǒng)在北美、加拿大得到了廣泛的應用，并且在實際應用中得到在得到了各領(lǐng)域的認可，所以世界上主要的氣膜生產(chǎn)商大多集于此，從早年世界上最大的氣膜生產(chǎn)商美國ASATI（阿賽奇），擁有超過３５項的專利技術(shù)，其中斜向鋼纜技術(shù)為業(yè)內(nèi)獨用，從而形成了獨特的技術(shù)優(yōu)勢，是唯一一個可以在美國邁阿密和阿拉斯加建設(shè)氣膜建筑的公司，因其獨特的專利技術(shù)可以確保他們的氣膜建筑滿足永久建筑的規(guī)范；還有就是歐洲的Duol，到后來的加拿大的ＹＥＡＤＯＮ，這些氣膜供應商都根據(jù)自身的技術(shù)水平和條件，以及其主要的經(jīng)營和管理模式，在氣膜行業(yè)中的地位和層次也有所區(qū)別。氣膜在中國市場的競爭分析目前中國市場氣膜供應商分為兩種：進口/國產(chǎn)主要國內(nèi)外進口氣膜供應商如下表：公司名字國家公司所在地成立時間ＡＳＡＴＩ（阿賽奇）美國紐約/北京１９６１ＹＥＡＤＯＮ加拿大古埃爾夫１９８９ＦＡＲＬＥＹ加拿大古埃爾夫１９８７艾爾豪斯中國北京２００６艾爾兄弟中國青島２００８2.2主要公司氣膜產(chǎn)品分析比較公司名字國家氣膜結(jié)構(gòu)形式專利情況成立時間風荷載雪荷載中國所在地使用時間中國成立時間ＡＳＡＴＩ阿賽奇美國斜向網(wǎng)狀鋼纜35項獨有專利4８年６７米／秒相當于16級以上臺風250kg/m2深圳/北京根據(jù)美國規(guī)范可作為永久性建筑2003ＹＥＡＤＯＮ加拿大無鋼網(wǎng)無２０年３２米／秒

相當于１２級臺風40kg/m2北京臨時性建筑200６Ｆａｒｌｅｙ加拿大無鋼網(wǎng)無２２年3２米40kg/m2北京臨時性建筑2004三、氣膜在中國的發(fā)展及現(xiàn)狀3.1中國氣膜建筑系統(tǒng)的發(fā)展中國在80年代曾從北美引進過幾個氣膜建筑，由于其新穎的造型和獨特的建筑特點而備受矚目，相繼出現(xiàn)了若干家膜結(jié)構(gòu)公司開始模仿設(shè)計氣膜建筑，但是，由于沒有掌握核心技術(shù)，當時國內(nèi)模仿生產(chǎn)的氣膜建筑不管是從安全性還是從使用舒適性方面考慮都存在很多問題，市場投放量相當少，幾乎全都是臨時性建筑。到80年代末，這些膜結(jié)構(gòu)公司都因為考慮研發(fā)氣膜建筑難度太大而放棄了這塊業(yè)務，轉(zhuǎn)向其它膜結(jié)構(gòu)工程。所以，國內(nèi)現(xiàn)有的氣膜建筑基本全部依賴進口。大跨度氣膜建筑系統(tǒng)的研發(fā)，是中國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面一個嶄新的課題。但隨著近幾年氣膜在國內(nèi)的發(fā)展，特別是奧運會的推動，使氣膜結(jié)構(gòu)在體育方面的得到體育界、工程師及廣大體育場館建設(shè)的認可，其應用市場廣大。場館數(shù)量和應用范圍也迅速的增長，由2005在南京建成第一個氣膜場館，到2009年國內(nèi)已至少有幾十個氣膜結(jié)構(gòu)，其中還有在工業(yè)環(huán)保方面的應用。3.2氣膜建筑市場前景廣闊根據(jù)國家第五次體育場地普查數(shù)據(jù)，我國目前的室內(nèi)運動場館只占到所有體育用地的11.2%。目前我國人均體育場地面積僅為1.03平方米（美國人均體育場地16平米），每萬人擁有的場館數(shù)目僅為5個左右。而且，還有一部份體育場館是被占用或不對外開放的。在人口相對集中的城市，經(jīng)常會出現(xiàn)體育場館爆滿或者排隊的現(xiàn)象。競技訓練館及大型比賽場館的附屬場館。為了滿足國內(nèi)對競技運動的訓練需要，國內(nèi)將增加訓練場館及大型比賽場館的附屬場館。全民健身的社區(qū)中心。氣膜網(wǎng)球館建筑有著優(yōu)越的性價比優(yōu)勢，并且完全符合國家節(jié)約能源的建設(shè)要求和宗旨。在國家城市化建設(shè)過程中，全民健身的社區(qū)中心的需求由原來的自由配套逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閲矣残砸?guī)定，據(jù)統(tǒng)計，在2010年以前，僅全民健身一項，國家擬投入的資金總數(shù)就達2000億元，預計其中的室內(nèi)體育場館投入份額不少于20%。以深圳市南山區(qū)為例，為達到城市規(guī)劃中要求的在2005年達到人均體育用地0.5平米的要求，南山區(qū)計劃今年新增19處體育場館。賓館、社區(qū)的頂樓建筑。城市建設(shè)中的舊老建筑，包括大量的賓館因為早期設(shè)計和規(guī)劃的原因，未能把頂樓面積充分利用，后期需要加層建設(shè)時又因為傳統(tǒng)建筑會給原建筑增加較大負荷而不能執(zhí)行。氣膜建筑因為自重非常輕，并且主要作用力方向向上，在頂樓利用方面有巨大的優(yōu)勢和發(fā)展空間。城市閑置和臨時用地的充分利用。城市規(guī)劃用地中，很多土地的規(guī)劃期與實際開發(fā)期都有時間差，有的甚至長達10多年。氣膜體育場館建筑可拆遷，可遷移，且遷移損耗相當少，幾乎可忽略不計，加上其明顯的性價比，在未來城市的臨時用地利用方面，將有非常大的用武之地。四、氣膜建筑經(jīng)濟實用性分析4.1氣膜建筑安全性4.1.1經(jīng)研究，氣膜建筑的高跨比在1/3～1/2間較為合理，即建筑的高度約為跨度的30～50%，確保建筑在抗風和卸雪時都有著基本構(gòu)造方面的保障。而且，獨有斜向網(wǎng)狀鋼纜系統(tǒng)將外膜所承受的荷載被有效的傳遞到鋼纜系統(tǒng)，并將均勻的分難到錨固系統(tǒng)，減少膜的荷載，提供最佳的穩(wěn)定性來抵抗大風暴雪，延長結(jié)構(gòu)的壽命?？捎行У貙⒁蚩諝鈩恿蛢?nèi)部加壓對外膜產(chǎn)生的負荷傳遞到鋼纜及下部基礎(chǔ)。斜向網(wǎng)狀鋼纜結(jié)構(gòu)根據(jù)實際外部氣候條件的需要，可以使內(nèi)部的壓力值達到1.5-3.0,抵抗每小時150英里(67米/秒)的颶風，抵御超過每平方英尺50磅(250公斤/平方米)的積雪。膜結(jié)構(gòu)是非常理想的抗震結(jié)構(gòu)。地震對結(jié)構(gòu)作用的大小幾乎與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比。氣膜建筑的整個主體采用的是輕質(zhì)高強的新型建筑材料—膜材。膜材重量為1085g/㎡（+70/-35）g/㎡，建筑物整體質(zhì)量輕，地震作用小，震害小。三種氣膜結(jié)構(gòu)形式示意圖Textinhere縱橫鋼纜充氣包Textinhere縱橫鋼纜充氣包斜向網(wǎng)狀鋼纜氣膜建筑無鋼纜充氣包壓力值：1.5-1.6wsp風荷載：32米/相當于10-11級臺風雪荷載：30kg/m2壓力值：1.75-1.8wsp風荷載：3２米/秒相當于12級臺風雪荷載：40kg/m2壓力值：1.5-3.0wsp風荷載：67米/相當于16級以上臺風雪荷載：250kg/m2斜向網(wǎng)狀鋼纜可以完全的包圍整個外膜結(jié)構(gòu)，將鋼纜和膜材有機的連為一體。使外膜所承受的荷載被有效的傳遞到鋼纜系統(tǒng)，并將均勻的分攤到錨固系統(tǒng)，提供最佳的穩(wěn)定性來抵抗大風暴雪延長結(jié)構(gòu)的壽命。這個專利的斜向鋼纜系統(tǒng)讓氣膜建筑的安全性能同傳統(tǒng)建筑相當4.1.2氣膜建筑系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計完全依據(jù)相關(guān)建筑規(guī)范及標準以保證整體的安全性及穩(wěn)定性。國際建筑規(guī)范2003（InternationalBuildingCode2003）對建筑緊急出口設(shè)計的相關(guān)規(guī)定：1．當有意外發(fā)生時，即使把所有的應急門打開，整體氣膜建筑高度下降到2.5米的時間不得少于30分鐘，從而保證人員的疏散時間。2．氣膜建筑各應急門（緊急出口）的疏散距離不能大于60米，即當意外發(fā)生時，保證距離場館內(nèi)人員所在位置最短60米外至少有一個應急出口。4.1.各系統(tǒng)設(shè)備組成見下表：序號系統(tǒng)名稱組成設(shè)備1增壓系統(tǒng)主風機，輔助風機，空氣壓縮機，備用燃氣機2溫控系統(tǒng)取暖鍋爐，燃氣取暖爐，空調(diào)3濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)加濕、除濕裝置4通風與凈化系統(tǒng)主、輔風機，風閥調(diào)節(jié)器，除塵、殺菌裝置，負氧離子發(fā)生器通過溫控系統(tǒng)可對膜內(nèi)溫度進行智能控制，可控范圍為16℃～26通過氣膜建筑進出門系統(tǒng)的自然泄漏和可控換氣裝置來調(diào)節(jié)單位時間內(nèi)氣膜內(nèi)空氣的更新量，主風機供風量為20000立方米/小時，送風口風速不低于6米/秒，較高的送風速度可以帶動氣膜內(nèi)空氣循環(huán)流動，確保滿足氣膜內(nèi)所有人員每人每小時30立方米新風量，膜內(nèi)空氣循環(huán)次數(shù)不低于8～12次/小時?？諝鈨艋ǔ龎m、殺菌和除異味。除塵采用初效板式過濾器和靜電除塵相結(jié)合，板式過濾器可以過濾較大顆粒的灰塵和其它雜質(zhì)，靜電除塵可以吸附小于0.01～0.1μm左右的微粒，這兩種除塵裝置可以很好的起到凈化空氣的效果。4.1.4氣膜建筑系統(tǒng)采用抗老化膜材，具有很好的自潔性能，雨水會在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。如果項目所在地區(qū)長期沒有降雨或雨水量較少，則需人工用清水沖洗，不須加任何化學清潔劑。膜材本身有很好的抗拉強度和抗撕裂強度，0.6mm的膜材的抗撕拉強度和等厚度鋼板相當，膜材表面會有一定的張力，可承受一定的外力，如：普通雜物撞擊及膜外人員攀登作業(yè)等。即使膜材破損，作為一個完整的建筑系統(tǒng)，我們會在膜材上配置風壓傳感器，中央控制系統(tǒng)會報警，以便及時采取修補措施；另一方面，項目完工后，會配備一套手工膜材修補工具，并進行一系列的后期維護培訓，保證使用方可以自行進行日常的維護工作。氣膜建筑的使用壽命一般在20-30年。4.2建筑方式靈活4.2.1氣膜建筑因其建筑主體屬上揚力，自重輕，每平米自重不超過3公斤，不會給原有建筑物增加任何承重，基礎(chǔ)要求低，施工方便最大限度利用原有建筑物面積，4.2.2現(xiàn)場施工僅需約10天左右，現(xiàn)場沒有濕作業(yè)、電焊、腳手架、吊車、等施工環(huán)節(jié)施工周期短，極大減少工程施工費用，改變了傳統(tǒng)建現(xiàn)場管理的難度，大大節(jié)省施工的現(xiàn)場管理成本。2.2.3可遷移并重復使用氣膜建筑可根據(jù)需要建成永久性或臨時性建筑，方便拆裝、遷移，并可在異地重復多次使用，滿足各種不同應用需求。4.3節(jié)能環(huán)保4.3.1氣膜建筑因為采用空氣支撐，利用壓力差作為支撐力，形成大跨度的空間結(jié)構(gòu)，完全不同于傳統(tǒng)建筑，避免了大興土木對環(huán)境的影響，另外其獨特的受力特點——向上的上揚力，也使氣膜建筑對基礎(chǔ)的要求更低、擾動更小。而且，其可遷移性也使氣膜建筑可以方便的被拆除、遷走。在建造及遷移時都不會產(chǎn)生大量的建筑垃圾。另外氣膜建筑作為一種節(jié)能建筑，空調(diào)暖氣能耗僅為傳統(tǒng)建筑的1/10-1/4總體節(jié)能75%以上。較低的能耗使其成為一種具有節(jié)能環(huán)保特點的建筑系統(tǒng)。4.3.2氣膜球館與傳統(tǒng)球館全年運行費用比較選用4000平方米氣膜球館為例與同樣大小的傳統(tǒng)建筑羽毛球館進行比較場館照明的耗損約每平米12瓦氣膜室內(nèi)場館空調(diào)只需５０冷噸4.3新設(shè)計氣膜環(huán)境下對人體體能的影響人類機體對外界氣象環(huán)境的主觀感覺有別于大氣探測儀器獲取的各種氣象要素結(jié)果。人體舒適度指數(shù)是從氣象角度來評價不同氣候條件下人的舒適感，根據(jù)人類機體與大氣環(huán)境之間的熱交換而制定的生物氣象指標。研究表明，氣溫、氣壓、相對濕度、風速四個氣象要素對人體感覺影響最大，人體舒適度指數(shù)就是根據(jù)這四項要素的反映。人體舒適度指數(shù)共分為9個等級，除了0級外，還有從正負1到4共八個等級，1-4級是讓人感到熱的等級，而-1到-4是讓人感到冷的等級，而0級是讓人覺得最舒適、最可接受的等級。氣膜建筑系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境的特征進行設(shè)計與改善，通過對空間內(nèi)部采用加壓、濕度調(diào)節(jié)、恒溫控制等方法，極大地改善了人們運動的環(huán)境。通常氣膜內(nèi)外氣壓差約為250Pa，約0.0025個大氣壓（相當于正常建筑1層與9層的氣壓差），對運動不會用任何不利影響。適當?shù)脑鰤?，空氣中的含氧量也會相應提高！五、防火及緊急情況5.1防火氣膜建筑的消防設(shè)計是嚴格按照北美防火規(guī)范進行的，并同時滿足國內(nèi)的防火規(guī)范要求。氣膜建筑使用的膜材滿足CAN/ULC-S109-M87的防火要求，達到國家B1級防火要求，即不遇明火不會燃燒，且離開火源立即自熄，即使遇到明火，火勢蔓延緩慢，并在極短的時間內(nèi)自行熄滅，不會產(chǎn)生有傷害性的滴落物。并且，氣膜建筑使用PVC類膜材，燃燒不會產(chǎn)生有毒氣體。（詳見《膜材消防合格證明》）火災帶來巨大損失同建筑物內(nèi)的折算燃料總量及過程中熱量的堆積有很大原因。就氣膜建筑本身，所選用的材料完全符合現(xiàn)行氣膜規(guī)范，均為阻燃或難燃材料。在內(nèi)部發(fā)生火災時，局部的破損在膜內(nèi)正壓的作用下會成為排除膜內(nèi)有害煙氣及火災熱量的有效途徑。在膜內(nèi)，按規(guī)范要求設(shè)置了消火栓，以備消防時使用，并且要求在所有進出膜內(nèi)的人員不得吸煙，攜帶火種，從管理上消除隱患。出、入口的設(shè)置——本設(shè)計已考慮到疏散距離，因而門的布置嚴格控制在30米以內(nèi)，除設(shè)有正常的出入口外，還設(shè)有應急出口，作為緊急時疏散使用。并且，全部的應急出口均有指示燈作為指引、有觀察窗便于了解內(nèi)、外情況。氣膜建筑采用的應急門為平衡門，特點為可以用很小的力量即可將門推開，配合門內(nèi)安裝的推杠式開門裝置，充分保證緊急情況下人員的疏散。智能機械系統(tǒng)可以在系統(tǒng)失壓時發(fā)出聲光