膜结构的发展历史

膜结构的发展历史

1917年，W.Lanehester发明了一种气承式充气膜结构，他的构想是通过使用鼓风机将膜布吹胀，来作为野战医院来使用，但是这个想法并没有得到实际的应用。1946年，Walter Bird用玻璃纤维编制的膜材建造了一个充气膜结构作为雷达罩来使用，这个雷达罩被称为多普勒雷达穹顶，这是现代充气膜结构的初次亮相。在其后的二十年中，在美国、德国等多国中，这种形式的充气膜结构被广泛的应用，建造了大量的穹顶式的结构。

在1967年蒙特利尔世博会上，由 Frei Otto 所设计的西德馆采用了支撑膜结构，这是膜结构建筑史上的一个里程碑式的项目。轻便的膜结构为场馆提供了开阔的空间，而良好的透光性能也使建筑内部明朗敞亮，膜结构独特而优美的曲线造型也完美的表达了设计师的构思，这使得西德馆成为了此届世博会上备受注目的场馆之一。而在其后1972年的慕尼黑奥运会，Frei Otto开创性的使用了轻型张拉膜结构来建设奥运会主体育场，建筑整体的构思来源于阿尔卑斯山的造型。这是一个革命性的建筑，在此前所建设的传统体育场都是封闭式的，整体采光性能较差，对于运动员的发挥以及观众的观看都有一定的影响。在此之后，越来越多的体育场采用开放式结构，膜结构在体育场中也开始得到大规模的应用。凭借着这两座开创性的膜结构建筑，让Frei Otto本人在膜结构建筑史上奠定了无可取代的泰斗地位。在1970年的大阪世博会上，许多场馆采用了膜结构的建筑形式，其中更为引人注目的就是展出了月亮石的美国馆和日本本土的富士馆，这标志着世界上开始刮起了使用膜结构来搭建建筑的风潮。在1999年，为了迎接千禧年的到来，英国政府耗费巨资建造了伦敦千年穹。千年穹的屋盖采用的是圆球形的张力膜结构，膜面藉由上部一系列的张拉构件与12根穿出屋面高达百米的桅杆相连从而保持稳固。这些造型夸张桅杆是千年穹的标志性特点，让人对其印象深刻过目难忘，但这也让千年穹受到了广泛的争议。有人认为它气魄恢弘，将其誉为“伦敦的明珠”，但也有许多人认为它的造型丑陋而畸形。

随着改革开放的春风，中国的经济迈入了腾飞的时代。在这百花齐放的年代里，膜结构在中国也得到了大力的发展。在1997年的中国第八届全国运动会，上海建造了上海八万人体育场作为主体育场。体育场的看台罩棚采用了张悬梁膜结构形式，使用PTFE膜材制作，膜面面积达到了36000平米，是目前世界上悬挑更长的看台罩棚。膜结构在上海体育场中的成功应用也为后续膜结构的建设提供了很好的案例，为之后我国膜结构建筑的广泛应用打下了良好的基础。在2008年，北京如愿举办了世人瞩目的夏季奥运会，作为主游泳馆的游泳中心——水立方是该届奥运会的标志性建筑之一。水立方的设计灵感来源于水中的泡沫，在坚固的钢框架外覆盖着柔性的膜材，棱角分明的立方体造型与表面圆润的气泡相得益彰，刚柔并济凸显出了一种奇妙的美感。水立方使用的ETFE膜材厚度仅有0.2毫米，其表面覆盖了超过100,000平方米的气枕，是世界上更大的使用ETFE膜材的膜结构。

2010年，上海举办了世界博览会，除了众多展览场馆以外，位于世博园中央的世博轴也是一个非常重要的地标建筑。世博轴整体长度约为1000米，宽度约110米，其膜屋顶的面积达到了6.5万平方米，是世界更大的膜屋顶之一。其中错落分布着地6个巨大的倒锥形索膜结构“阳光谷”也堪称壮观，结构中使用的膜布尺寸非常之大，其中更大的一块达到了1700平方米，所有膜布表面焊缝的总长度达到了34公里。该结构本身的柔性也是极具特点，膜布在风荷载的作用下振幅可达3米，每当有大风吹来，膜布都会在风中翩翩起舞。