哪些材料可以实现张拉膜结构建筑？

萨里卡营 / Luxury Frontiers ? Aman

让我们回到第一堂建筑课，回顾一下建筑结构与结构形式的分类。无论是自然的还是人工的，在大多数结构中，压力都是主要的考虑因素。这些力由相等且相向的负荷产生，施加在结构内部，力的效果倾向于在同一方向上使杆件缩短——即压缩杆件，正如“压力”其名称所示。这方面的例子并不难找：例如，石墙或木柱可以通过材料各自固有的内部压力来承受覆盖物的重量。另一方面，张力作用则倾向于在施加作用力的方向上将部件拉长。例如，钢是一种具有良好抗拉强度的材料。它被用于钢筋混凝土中受拉的部分。但是，一个结构也有可能只有拉伸部分，就像膜结构、拉伸结构或张力结构的案例一样，这些结构是由缆或绳的作用下拉出的表面组成的，其中桅杆承受了压力。

大东文化艺术中心 / 张玛龙陈玉霖联合建筑师事务所 ? 陈玉霖

帐篷宅 / Sparks Architects ? Christopher Frederick Jones

根据 Robert Cartes 的说法，“张拉结构是反弹性的形式，其特点是柔性织物膜，由缆绳、钢结构框架和地基支撑”。最早的例子可以追溯到我们祖先非常简陋的建筑，撑开动物的皮毛来创造住所。正如这篇文章所展示的，帐篷的历史显示了人类的聪明才智和适应性，例如美洲原住民的“tipi”帐篷或贝都因人的黑帐篷，都是在利用当地资源的基础上依据经验知识而建造的。历史上有许多例子，从简单的帐篷到大型的马戏团结构，还有研究表明罗马的竞技场中也使用了该结构，为人们蔽雨。

麓湖生态城骑术中心 / 万华投资集团 ? 万华投资集团

BUGA膜纤维馆/ ICD/ITKE 斯图尔加特大学 ? ICD/ITKE 斯图尔加特大学

BUGA 膜纤维馆 / ICD/ITKE 斯图尔加特大学 ? ICD/ITKE 斯图尔加特大学

而该结构在二十世纪的迅速发展，离不开普奖得主、建筑师 Frei Otto 做出的巨大贡献，他对实验非常着迷，在可持续发展的概念普及之前，他已经在实践中体现了这一理念。 根据纽约现代艺术博物馆制作的他的职业生涯回顾展，“他被选入德国空军，在第二次世界大战期间担任飞行员。在沙特尔的一个战俘营里，他被安排负责一个重建小组，要在没有任何建筑材料的情况下修复桥梁和建筑物。Frei Otto 系统性的创新能力引领他找到了结构解决方案，后来他作为学生时发现，他的解决方案不是常规的工程实践，而是真正的创新”。Otto 对张拉结构进行了大量的试验，并做出了壮观的重要作品，如慕尼黑奥林匹克体育场。“Frei Otto 的最小结构理论被总结为：试图通过最大程度利用结构和材料，来充分利用现有建筑能源。因此他认为，建筑师与其说是设计师，不如说是这种能源的组织者，也就是建筑中有关材料和劳动力的总和。”

Frei Otto

慕尼黑奥林匹克馆 ? Atelier Frei Otto Warmbronn

67年世博会德国馆 / Frei Otto + Rolf Gutbrod ? Atelier Frei Otto Warmbronn

67年世博会德国馆 / Frei Otto + Rolf Gutbrod ? Frei Otto

这个领域的另一个重要名字是另一个德国人，Horst Berger，他开发了数学计算方法，使这个过程能够转化为建筑结构。 Berger 的作品包括1981 年完成的沙特阿拉伯吉达的哈吉航站楼和丹佛国际机场的大会堂（1994）。

Horst Berger

沙特阿拉伯吉达的哈吉航站楼 ? Jay Langlois | Owens-Corning

通常情况下，结构非常简洁，只有很少的元素，缆绳和框架通常是钢制的，膜则有多种可供选择的材料。这些材料往往在不断发展，使其耐用性增加、易于维护并且能承受更大的压力。外部最常用的是所谓的“结构涂层织物”，它包括一个由保护膜涂覆的内网，满足防水、防火的要求并可附加颜色。最常见的材料有以下几种：

聚氯乙烯（PVC）

这可能是最常用的材料。ArchitenLandrell 进行的一项研究显示，PVC 具有良好的抗力和耐久性，且与其他选择相比更经济。不过，这种材料从室外向内部的透光率很低。

使用空气填充的气垫建造廉价便捷的格子壳展馆 ? Jirka Jansch

聚四氟乙烯（PTFE）

聚四氟乙烯是一种乙烯聚合物塑料，相当结实耐用。不过这种材料是最昂贵的选择，而且无法拆卸并重新组装。由于它可以抵御紫外线，这种材料被广泛用于极端气候，如沙漠或非常寒冷的地方。

Zorgvlied 殡葬馆 / GROUP A ? Digidaan

硅涂层玻璃纤维（SiPE）

这种材料推荐使用于需要更大程度的半透明性的项目中。它的材料特性类似于聚四氟乙烯，寿命约为 35 年，对紫外线有良好的抵御能力。

联合国门厅 / FTL Design Engineering Studio ? Woodruff/Brown Architectural Photography

乙烯-四氟乙烯（ETFE）

ETFE（乙烯-四氟乙烯）是一种氟基塑料。这种材料自 20 世纪 70 年代以来已被广泛使用，可以实现几乎完全透明。它大多用于温室、外墙、游泳池、动物园等，具有良好的耐火性，在其使用寿命结束后可以很容易地被回收。

此外，目前进行的研究正在探索如何纳入新的功能并提高这些膜的利用效率。例如，在膜中加入光伏电池，整合人工照明，并进一步提高热学和声学质量，使其使用更加广泛，从而满足越来越高的要求。

圣伊波利特花园 / EL UMBRAL ? Onnis Luque

迪拜世博会-巴西馆 / MMBB Arquitetos + Ben-Avid + JPG.ARQ ? Joana Fran?a