膜结构建筑与设计方法

时间：2023-10-09 百科知识版权反馈

【摘要】：膜结构建筑作为现代建筑中具有独特风格的一种，其在建筑界的应用相当广泛，并没有严格的范围或界限。最初，膜结构建筑是作为临时性建筑，在世界博览会上崭露头角;如今，永久性的膜结构会展建筑焕发多样的光彩。此外，膜结构天桥使这一城市的构筑物体现了精细的工艺和精湛的技术，就仿佛“家”中最为精致的工艺品一般，无论放在何处，都是家中的一处亮点。

3.4　膜结构建筑与设计方法

3.4.1　膜结构建筑的应用范围和主要类型

膜结构建筑作为现代建筑中具有独特风格的一种，其在建筑界的应用相当广泛，并没有严格的范围或界限。当前，广泛应用于体育、娱乐、交通、会展、工业、城市标志和小品建筑等多类建筑，具有广阔的发展前景。

3.4.1.1　体育场馆

膜结构建筑不仅具有内部无柱、大空间、布局灵活和通透明亮的特点，还具有使人过目难忘、极具个性的外部造型。因此，较好地满足了体育建筑对功能与美观的诸多要求。(如图3.26所示)

图3.26　膜结构香港大球场

3.4.1.2　娱乐建筑

娱乐建筑包含很多种类，随着现代生活质量的提高，娱乐的内容和项目趋于多样和细化，伴随产生的娱乐建筑也有了越来越多的需求。休闲度假建筑、剧场、音乐厅、动植物园等丰富市民生活的娱乐建筑，对于采光和造型方面期待提升，这使得膜结构建筑得以在此类型建筑上一展身手。

首先，膜结构建筑能有效改善大跨度的室内空间的采光效果;其次，膜结构建筑的造型优势，使得娱乐建筑愈发吸引人气，造就轻松活跃的气氛。同时，随着建筑空间观念的日益深化以及科学手段的不断提高，“崇尚自然、回归自然”成为现代建筑环境学发展的趋势。室内外的界限被模糊，出现了许多亦内亦外、相互渗透的不定空间，作为人们与自然沟通和交流的媒介。由于膜材的光透性，白天阳光可以透过膜材形成漫反射，使室内达到和室外几乎一样的自然效果，因此膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式，从而顺应了时代对于建筑发展提出的新要求。(如图3.27、图3.28所示)

图3.27　巴尔的摩6号码头音乐厅

图3.28　马来西亚格思里高尔夫球俱乐部

还有，诸如马戏大篷、海洋公园等临时性的演出场所和娱乐表演的场所也常常采用膜结构建筑。(如图3.29所示)

图3.29　膜结构小剧场

3.4.1.3　交通建筑

图3.30　美国丹佛新国际机场

交通建筑是城市的窗口，随着社会经济和科技的进步，交通方式越来越多，交通建筑的类型也越来越多，如航空港、火车站、轻轨车站、地铁站等。无论建筑规模的大小如何，它们相同的特征是具有地标性。就功能而言，交通建筑的公共空间是设计的重点，开阔、明亮的膜结构建筑很好地适应了这一需求;在造型方面，膜结构建筑的多样性同样很好地诠释了交通建筑在城市中的独特魅力。

1)航空港

著名的实例有沙特阿拉伯吉达国际航空港和美国丹佛新国际机场。

美国科罗拉多州的丹佛新国际机场打破了传统模式(如图3.30所示)，在候机大厅上采用了膜结构，这座矗立在洛杉矶旁的帐篷形建筑，为在大跨度公共建筑上应用张拉结构树立了典范。由于结构工程师与建筑师的共同策划，丹佛机场候机大厅屋盖在缩短施工工期、节约能源与降低造价上充分显示了膜结构的优点。

透明的膜材屋盖加上周围的玻璃墙使整个大厅光线充足。屋盖由两层上下相距60厘米的织物组成，其内层作为隔热与吸音用。双层屋盖的透明度约为7%，此外玻璃墙也透光，从而在白天大部分情况下不需人工照明。其结果是大大降低了能量消耗与维护费用。

整个大厅长274米，宽67米，由17个帐篷形单元组成。单元间距18.3米，由两排相距45.7米的立柱支撑，桅杆式的立柱自大厅地面拔地而起，高31.7米，支撑着膜材屋顶。这种造型形似山峰起伏，与远处的洛矶山互相辉映，同时也为候机大厅提供了较大的内部空间。整个膜材屋面面积有35 000米²而不需设置伸缩缝，这是由于织物体系的柔性能轻易地吸收温度变形的变化而不影响膜的应力承受度。

2)火车站

火车站建筑中著名的实例德国斯图加特火车站(如图3.31所示)，将在后面详细阐述。此外，还有轻轨车站和地铁站等，也属于交通建筑，同样不乏膜结构的身影。

3.4.1.4　会展建筑

作为膜结构建筑的处女地，会展类建筑在膜结构建筑诞生伊始就对其情有独钟，自1967年以来，几乎在各届的世界博览会上都能看到膜结构建筑的身影。蒙特利尔博览会上的德国馆和美国馆，都是膜结构建筑里程碑式的代表作(如图3.12所示)。最初，膜结构建筑是作为临时性建筑，在世界博览会上崭露头角;如今，永久性的膜结构会展建筑焕发多样的光彩。

英国伦敦著名的千年穹顶，正是为了庆祝“千禧年”的到来，而兴建的大型膜结构建筑，用于庆典纪念活动，在完成了使命后，成为一座永久性的展览会建筑，化作泰晤士河畔一道亮丽的风景线。(如图3.32所示)

图3.31　德国斯图加特火车站

图3.32　英国伦敦千年穹顶

3.4.1.5　工业设施

膜结构建筑能够轻松解决大跨度的难题，并且能够尽可能地降低造价和加快施工进度，因此膜结构建筑也成为一些工业设施的首选形式。(如图3.33(a)、(b)所示)

3.4.1.6　城市地标和小品建筑

一个城市的建筑反映一个城市的风貌和特色，同时，也是一个城市文化发展程度的标志。而景观设计要求其具有广泛的可读性、雅俗共赏，既有超凡脱俗的艺术价值，又能使大众喜闻乐见。膜结构以其鲜明的个性和标识性，广泛应用于城市的标志物和环境的小品设计中。

如果把城市比作一个“家”，那么，这个家中就有许多家具来完善其功能，美化其环境。除了大件的家具之外，别具匠心的小件家什和装饰摆设也必不可少。那么，幢幢建筑就是这个家中的家具，而那些或大或小的标志物和各显其能的小品建筑就是使家里蓬荜生辉的装饰了。

现在，过街天桥、公交候车亭、加油站、公路收费站、停车场、城市或区域标志、环境小品建筑等许多类型的城市标志和功能小品，都在采用膜结构的方式，膜结构建筑的现代感和独特的造型赋予了城市崭新的装饰语言，“家”在膜结构建筑的点缀下，焕发了时尚的精神。

图3.33(a)　工业设施中的膜结构屋顶

图3.33(b)　采用膜结构的工业建筑

1.过街天桥

传统的过街天桥经历了笨重、简陋的形象阶段，现已逐渐向轻便、结实的现代结构过渡，钢和玻璃塑造的天桥形象虽已极大地改观了横亘在街道上空的建筑形象，但膜结构人行天桥的出现，无疑使得这一空间由内而外得到了进一步提升。

首先是桥体的平面富于变化，更能适应不同路径之间的联系。这归功于膜结构的三维自由度和材料的可塑性，平面可以不受围护体的限制，形成直线、折线、曲线等多种形式。其次，膜结构天桥不仅满足了遮风避雨的功能需求，还提供了明亮的内部空间，使得天桥拥有了接近于室内环境的舒适度。此外，膜结构天桥使这一城市的构筑物体现了精细的工艺和精湛的技术，就仿佛“家”中最为精致的工艺品一般，无论放在何处，都是家中的一处亮点。

伦敦普莱士学院的过街天桥(如图3.34(a)、(b)、(c)所示)

图3.34(a)　伦敦普莱士学院的过街天桥

图3.34(b)　伦敦普莱士学院的过街天桥内部

建筑设计:BPR建筑师事务所

图3.34(c)　伦敦普莱士学院的过街天桥下部

建成时间:2000年

位于伦敦东区的普莱士学院的过街天桥是一座漂亮新颖的膜结构建筑，平面采用了蜿蜒的“S”形，避免了砍伐街道上的大树，同时使天桥与众不同。白色的膜与蓝色的钢架共同塑造了天桥的外形，看起来好像美国西部蛮荒时期的货运列车，在跨度67米的天桥中央，还设置了备有座椅的休闲观光走廊，半透明的特氟隆材料使天桥内部获得了自然的光亮，将走过天桥的旅程变为了一道亮丽的风景线。

2.公交候车亭

如今的公交候车亭，成为城市中的系列雕塑，这种城市功能设施要求有良好的识别性，这恰好与膜结构建筑的特征不谋而合，现代城市的街头，各式各样的候车亭已化作一道亮丽的风景线。(如图3.35所示)

图3.35　膜结构候车亭

3.加油站

加油站通常都是由一个具有一定覆盖面积的大雨棚和配套的小型建筑组成，雨棚覆盖了加油机和前来加油的车辆，同时，高大的体量也使其成为醒目的路边广告，表明了加油站特殊的作用。因此，大雨棚的设计不仅具有功能性，也是加油站最为重要的形象标志，它的设计因此不仅仅是局限在一个加油站范围内的建筑设计，而是城市及其所在道路的、需要认真把握的景观节点。

同时，由于加油站的雨棚无需承受其自重外的其他固定荷载，只需要考虑风、雪等活荷载，因此在加油站的设计中运用膜结构建筑轻巧的形体，是适应需求并在视觉效果上有所突破的不错选择。(如图3.36所示)

图3.36　膜结构加油站

4.公路收费站

公路的收费站是城市的大门，往往因为其所处的特殊位置，成为城市第一印象的开始。现代生活步伐的加快，使得城际交往愈发频繁活跃，城市的第一印象尤为重要。如果收费站跨度很大，膜结构就能体现出其优越性。当然，采用钢结构的此类建筑亦十分普遍，但不可否认，膜结构建筑在这一类型中的出色表现，使其在该类型建筑中占有相当的比重。(如图3.37所示)

图3.37　法国卡巴里奥收费站

5.停车场

随着城市现代化步伐的加快，汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。很多城市由于汽车拥有量成倍上升，但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求，常常是车无停放之地，所以停车场问题变得越来越重要。同样，膜结构在停车场建设中也担当了重要角色。膜结构建筑在形成跨度较大或无柱的空间上占有优势，同时膜结构建筑可能担当临时性建筑的角色，施工快捷的特点能够很好地适应城市对于各类地面停车场在控制造价和使用周期上的不同要求。(如图3.38所示)

图3.38　膜结构停车场

6.城市或区域标志

凯文·林奇在《城市意象》一书中提出产生城市意象的五要素，即道路、边界、区域、节点和标志物。其中的标志物可能是著名的建筑、耸立的纪念碑或让人过目不忘的建筑小品等。可见，城市或区域标志对构成城市意象具有不可忽略的作用。

这类建筑没有必要的功能，只有必需的形象。因此，标志的形象讲求“标新立异”，膜结构建筑能够很好地完成这一使命。(如图3.39、3.40所示)

图3.39　入口膜结构标志

图3.40　广场膜结构标志

7.环境小品建筑

现代城市不再是机械文明和社会细菌的滋生地，而趋向于健康、高效、舒适的生活环境，城市面貌也一改往日冷峻的面孔，拥有了越来越多的绿色。环境得到改善的同时，为新开辟的绿色城市空间度身订造城市装置也就成为必需。街头绿地簇拥的小广场，公园里的草坪，河畔的平台，在几乎处处优美的环境中，都有膜结构的建筑小品或是环境雕塑点缀。“城市的客厅”广场或是“城市的庭院”公园，因为膜结构建筑的添彩而更加富于生机。(如图3.41所示)

3.4.1.7　特色街道

凯文·林奇在《城市意象》一书中提出道路是城市意象的五要素之一，那么，城市中的特色街道对于城市意象的达成，理应发挥不同于一般道路的作用。道路中的商业街和步行街由于与人们的过从甚密，所以尤为令人们印象深刻。我们到过的许多城市都有知名的商业街或是步行街，例如上海的南京路、北京的王府井、天津的和平路、哈尔滨的中央大街、成都的春熙路等。有些街道由于对历史风貌的保护，还维持了其传统街道特征，但也有许多的新建或改造的城市的道路将膜结构建筑纳入其中，以突出其现代的城市意向。

城市中不能没有商业街，不能没有因为商业街而产生的活力和烘托的氛围。商业街的建筑与环境是城市文明的窗口，代表着物质文明和精神文明的水平，同时，也是景观环境的重要组成部分。膜结构轻巧别致和极具现代化的风格，且易于安装移动，在商业街设计中得以广泛应用。

步行街最为注重人性化的设计，很多时候步行街与商业街是合二为一的。一方面形成人性化的空间，另一方面营造舒适、热闹的气氛，使膜结构建筑有了用武之地。利用膜结构轻巧、别致的造型建造各种半封闭、全封闭的步行空间和休憩空间，使其能够提供全天候的建筑空间，形成防风雨、防日晒的人工环境，并有较好的标识招揽效果，因此膜结构建筑给步行街和商业步行街的改造或新建增添了一种新的绝佳选择。

图3.41　环境小品

柏林的索尼中心就是连接步行街和建筑之间广场的一座特殊的膜结构建筑(如图3.42(a)、(b)所示)。还有许多步行街以膜结构为标志入口。

图3.42(a)　柏林索尼中心步行街

图3.42(b)　柏林索尼中心广场穹顶

3.4.1.8　建筑入口或其他附属物

建筑入口是城市公共空间与建筑空间相邻的界面，是城市空间的组成部分，也往往是人们的视线最先触及的地方。因此，除了功能以外，还应有很强的标识性，能够体现建筑的个性，从而优化城市景观。有些建筑入口是搭接在建筑本体上的附属物，成为建筑与城市环境的过渡。它具有相对的独立性和特异性要求，而膜结构独特的造型优势，使得近来有些建筑入口采用膜结构的形式(如图3.43、图3.44所示)。而对于露台、屋顶等建筑局部，也会纳入一些膜结构的附属物。(如图3.45所示)

3.4.1.9　公共建筑室内

膜结构建筑具备的丰富多样性，赢得了人们广泛的青睐，甚至被应用于室内环境的装饰上。膜结构在室内空间的表现同样精彩，只不过这里的膜结构不再需要作为支撑和围护体系，而仅仅是提升空间质量和视觉效果的载体。

图3.43　英国南半球西部码头零售中心入口

图3.44　膜结构的建筑入口

图3.45　百老汇张拉膜天棚

因为膜结构引入室内，许多公共建筑的中庭可以形成局部半室外的空间，丰富空间层次，同时不影响中庭的景观效果;在许多大厅，天花采用膜结构的装置，形成多个半透明的装饰面，结合灯光洒下曼妙的光影(如图3.46(a)、(b)所示)。

图3.46(a)　室内装饰膜结构

膜结构建筑亦庄亦谐的多变面孔，已被人们愈加认识，并使其在城市、建筑、室内各种空间环境下大放异彩。

生活在现代都市的人们，已经从过去以生存为目的的社会行为走上了追求高质量生活的新台阶，在精神上追求健康向上、愉快和富有人情味的文化环境。现代的生活环境包括城市、建筑和弥散在空间包围下的文化与社会、思想和观念等内容。在展现人类的个性化、自娱性和多元化环境空间方面，膜结构以其独具魅力的建筑形式，必将会在环境建设中得到越来越广泛的应用。

图3.46(b)　室内遮阳装饰膜结构

3.4.2　膜结构建筑语言

现代建筑语言富含多种语汇，它打破传统与古典的定式，使建筑在对美的判断上，不再一味遵循经典和范式。膜结构建筑的出现与发展，为现代建筑语言添加了新的词条，使今天的城市和建筑包容的美比起任何历史时代都有容乃大、异彩纷呈。

3.4.2.1　另类

另类即与众不同，与通常的形象存在巨大的反差。另类是膜结构建筑最为惯用的建筑语言，基于其先天的造型优势和特殊的结构和材料，使其在环境中总是充当特殊的形态或符号。在当今城市中，膜结构建筑扎身在各种类型建筑中，化作另类的点缀;或是作为环境中的亮点。

美国巴尔的摩6号码头音乐厅(如图3.47(a)、(b)、(c)所示)

建筑设计:托德·达朗(FTL-Todd Dalland)建成时间:1991年

在特殊情况下，临时建筑因为成功而变为永久建筑，巴尔的摩6号码头音乐厅就是最好的一例。位于巴尔的摩内港的这个音乐厅开始为一个临时的演出建筑，采用了一个蟹状的，可为2 000个座位和舞台挡风遮雨的张拉式索膜棚顶。

图3.47(a)　美国巴尔的摩6号码头音乐厅

图3.47(b)　美国巴尔的摩6号码头音乐厅全景

图3.47(c)　美国巴尔的摩6号码头音乐厅内部

那段时期巴尔的摩内港发展很快，其中音乐厅的作用不可低估。新建音乐厅完全由托德·达朗设计，它与周边变化的环境相互呼应，看起来更加“正式”和优雅。索膜棚顶的形式与先前建筑的形式有联系，它由纤细的桅杆支撑，桅杆被对地面产生最小影响的钢索约束。棚顶的拉索从混凝土码头边的地面上升起，将屋顶升至可以通过的高度，屋顶显得很轻。附属建筑是简单的几何形砖石结构。新建音乐厅的屋顶下可容纳3 500个座席，同时在外部阶梯形草地上也可容1 000人观看演出。

这座音乐厅的建设，为平和优美的滨河景观注入了跳跃的视觉元素，开放性的功能空间、独放异彩的造型，使其成为了有别于传统音乐厅和固有城市景观的“另类”，用生动的形象说明了张拉膜建筑形式以其独特的生命力可为都市景观创造难以预料的效果。

现代的城市雕塑涉及的题材和应用的材料已经越来越丰富了，膜结构的造型应用在城市环境雕塑和小品的设计中已是必然。由于材质、色彩、造型的不可限定，赋予了膜结构雕塑和小品与众不同的气质，因此，更适宜在城市环境中树立其“另类”的形象。(如图3.48所示)

图3.48　红色膜结构小品

总之，另类语言，与膜结构建筑特定的结构方式和特殊的材料质感紧密结合，易于体现膜结构建筑生动、夸张的建筑形态和丰富多彩的材料美感，是膜结构建筑语言应用范围最广的一类。

3.4.2.2　覆盖

覆盖指建筑被外层的建筑材料自上而下遮盖起来。

膜结构由于柔性的建筑材料用于外部，而产生了与一般建筑刚性的屋面不同的覆盖效果。在膜结构建筑语言中，强化膜材的覆盖作用，使其成为视觉的焦点的做法往往出现在大型的膜结构建筑上。屋顶的突出形象和体量，在覆盖语言的诠释下，进一步突出了建筑的大度与气势。

1.东京大穹顶(如图3.49(a)、(b)、(c)所示)建筑设计:日建设计部和竹中工务店设计部

图3.49(a)　东京大穹顶外观

图3.49(b)　东京大穹顶入口

图3.49(c)　东京大穹顶

建成时间:1988年

充气膜体育场或其他体育建筑是覆盖语言应用最为普遍的领域。东京大穹顶，俗称“东京巨蛋”，是世界上最成功最豪华的膜结构建筑之一。

1988年完工的东京大穹顶，是日本第一个室内棒球场，面积4.6万米²，穹顶跨度超过200米，容纳了124万米²的室内空间，可容纳5万多名观众。目前除提供职业棒球联赛外，也是各种其他赛事和娱乐商业演出的场地。这个超大空间，全年都有空调设备，整个结构采用的是80毫米的螺旋索。每一个对角方向各有14根索倾斜8.5米，承载为140牛/米²的屋顶膜材采用的是防水性能好、强度大、使用年限长、有特氟隆涂层的玻璃纤维材料。

东京巨蛋是一座充气式膜结构建筑，利用加压送风机制造出內部比外部高0.3%的压力差，类似吹气球地将屋顶撑起。屋顶以镀上特氟隆的特殊玻璃纤维材质制成，分为两层，外层厚0.8厘米，內层厚0.35厘米，约可透过5%的日光。

整座建筑被及地的巨大膜结构覆盖，一气呵成、浑然一体，建筑以简洁的线条塑造了生动的形象。所谓“有容乃大”，覆盖语言，简化了建筑形体，同时使隐藏起来的空间内容愈发神秘，引发人们的好奇。

2.英国伦敦格林威治千年穹顶(如图3.50(a)、(b)、(c)、(d)所示)

图3.50(a)　英国伦敦格林威治千年穹顶(一)

图3.50(b)　英国伦敦格林威治千年穹顶(二)

图3.50(c)　英国伦敦格林威治千年穹顶室内

图3.50(d)　英国伦敦格林威治千年穹顶局部

建筑设计:理查德·罗杰斯事务所

建成时间:1999年

为了迎接新世纪的来临，人们试图建造一座建筑物，要求其不但形体引人注目，而且能够作为标志性建筑长久地存在，英国格林威治千年穹顶完成了这一任务。当2000年子夜的钟声敲响时，在伦敦泰晤士河畔五彩缤纷焰火的照耀下，千年穹顶以它银白色的圆顶迎接新的千禧年。这座直径320米、以12根高达100米的桅杆所支撑的圆球形屋顶采用了张力膜结构。正是这座穹顶集中体现了20世纪建筑技术的精华，用它来迎接新世纪，的确是再恰当不过了。

穹顶周长为1千米，直径365米，中心高度为50米，它由超过70千米的钢索悬吊在12根100米高的钢桅杆上。屋顶由带PTFE涂层的玻璃纤维材料制成。在穹顶的中心是一个灵活的、极富戏剧性空间效果的中心舞台。屋盖采用圆球形的张力膜结构，膜面支撑在72根辐射状的钢索上，幅向索在周圈与悬链索相连固定在24个锚圆点上。桅杆为梭形，沿直径200米的圆周设置，支撑在四角锥形底座上。一些细钢索从高10米的底座引出，因而不妨碍内部展出空间的完整。

千年穹顶一气呵成的穹顶与高高耸立的桅杆相得益彰，形成了覆盖为主体，支撑作协调的独特建筑形象。当它出现在泰晤士河畔时，人们记住的是它亲和的覆盖在大地上的美丽穹顶。覆盖，成为膜结构建筑设计中最为简洁并富于感染力的语言之一。

覆盖语言，有效地规避了各种建筑形体的矛盾与冲突，强调了建筑的整体感和连续的轮廓线，对于较大规模和身份特殊的建筑，宜形成明确深刻的印象。对于膜结构建筑而言，更能发挥膜材的特殊性，呈现出一般建筑采用刚性建材所不能达到的效果。

3.4.2.3　韵律

韵律，即有节奏的律动，一系列相似或重复的建筑部件的有机组合，可以形成韵律。

以韵律感达到建筑的美感，存在于各个时代的各种建筑中。膜结构建筑通常以富有规律的支撑结构，或具有相同形状的膜片塑造建筑的韵律感;而特异的结构支撑形态或突出于天际线上的轮廓是韵律展现的焦点。

1.德国斯图加特火车站(如图3.51(a)、(b)、(c)所示)

建筑设计:克里斯多夫·英恩霍文、弗赖·奥托联合设计

建成时间:2000年

斯图加特火车站占地约10公顷，站台长约400米(其中200米延伸到城市的中心绿地——宫殿花园)，位于老城的边沿及老火车站博拉茨北侧。英恩霍文的构想是:保持宫殿花园的完整性，让轨道从地面消失，为城市创造一个绿色环境的未来空间。于是，一个童话般的构想产生了:“我们做一个火车站在地下，加上一个顶，几个洞，几个点。”

图3.51(a)　德国斯图加特火车站总平面

图3.51(b)　德国斯图加特火车站

图3.51(c)　德国斯图加特火车站室内

自然形态与功能的完美组合的设计理念，决定了设计者寻求一种从内容到形式都有别于常规的新火车站形式。轨道设施移至地下约6米处，以保留一个完整的宫殿花园，在大约400米长的站台上每60米设有一个“光眼”，让外部光线的变化在内部也能感觉到。在此，城市建筑、生态与技术得到充分的柔和。这里不只是一个建筑，更是一个艺术品。

火车站犹如城市的窗口，来往的行人都会将它印在记忆里。轨道设施从地面下移，为内城开发及城市的连接提供了一个特殊的机会。这个新的城市部分与已有城市结构的完美结合，对于一个持续而有效的城市发展有着决定性作用。老火车站的塔体及设于四个方向的新火车站的玻璃壳入口，成为火车站及城市的新标志。富有韵律的系列“光眼”构成了一个梦幻般的画面，并作为老城与新城的连接链。这个流畅而开敞的空间使内外连接于一个连续的空间网络，无论从任何角度观看，这一空间都充满令人想象的魅力。

与结构专家弗赖·奥托的积极合作，是该建筑形式成功的基础。1963年由弗赖·奥托通过肥皂薄膜进行了最小面积的受力试验，其结果显示:在没有产生张力的情况下，要形成一个单力支撑的薄膜，必须通过一个孔的组合体方可实现，那就是“光眼”。在火车站的结构构思中，首先想到的便是钢网结构，这一构想要求“光眼”有一个精确的高度。如同肥皂膜模型所呈现的，钢网应与混凝土结合，并形成封闭的骨架，这样构成一个屋顶基础。拉力荷载的悬挂屋顶代替压力荷载的水泥拱顶。这一形状通过模型进行试验，并在悬挂拉力状况下凝固成型。然后旋转180度即成为现在的形态——膜结构“光眼”。这个从地面突出的“光眼”构成了支撑体系的真正特征，并成为该原型组合体的结构胚胎。

梦幻般的“光眼”组合，在宫殿花园中形成一种特殊的景象，即是韵律的风景。这种结构中的韵律美，使无论在城市街头的行人，还是在火车站内部的旅客，都能印象深刻。由特殊的结构形成美妙韵律的同时，斯图加特火车站还创造了另一种韵律美——光线。光线，在一个富有韵律的空间里出现的同时，也成为了被演绎的对象。“光眼”的梦幻奇效，也是经由光的润色才愈发魅力无穷。斯图加特火车站的设计将成为新一代火车站的标志。当旅客在大厅里停留时，日光通过拱形玻璃壳均匀地进入大厅，即使在阴天也能得到舒适的光线。测试结果显示:平均有5%的日光能直接达到内部。其中直接位于“光眼”下的部分能获得10%～15%的日光。由于两个相邻的站台每隔30米有一个交叉的“光眼”，从而使光线均匀地进入地下站台。当夜幕降临时，位于站台边缘的地面照明通过拱型天顶的反射，也能使站台内部获得一个明亮的空间效果。

此外，斯图加特火车站通过巧妙的设计，使其在能源的利用上具有独到之处。由于这种膜结构形式，地道中的全年平均气温可控制在10℃左右。在考虑气流的情况下计算出:夏天的气温很少超过20℃，冬天则很少低于0℃。气流通过“光眼”在没有人工换气装置的情况下进入地下，其数据是每小时0.7倍的空气交换量。在冬天可通过一个自动装置来阻挡低温气流的进入，从而使火车站通过自然采光和通风而更加节能。

2.巴黎的公众亭(如图3.52所示)

图3.52　巴黎公众亭

建筑设计:彼得·莱斯

建成时间:1980年

巴黎的公众亭约由15米×100米大小的帆布板片以连续的纵向切割方式构成，形成了一连串起伏有致的曲线结构，像指挥棒下优美的节拍，富有韵律美。

3.体育建筑的天棚

在许多的体育建筑中，也大量地应用韵律展现膜结构的建筑语言。这也是基于体育建筑完整的结构体系，有若干相同的构件组成。对于一个大体量的建筑而言，设计简洁可以最大程度地使功能与美观完美结合，同时可以简化施工环节，节约造价。因此，不断运用重点的造型单元和相似的膜片，以展现体育建筑的韵律美，见下列各例。

4.青岛颐中体育场(如图3.53所示)

图3.53　青岛颐中体育场

建筑设计:北京建筑设计研究院

建成时间:2000年7月

青岛颐中体育场是我国第一个自行设计和安装、采用整体张拉式索膜结构的体育场工程。罩棚是由60个锥形膜单元组成的脊谷式张拉膜结构，长轴266米，由86米长的直线段和两端半径为90米的半圆弧组成，短轴180米，立柱顶点标高42.5米，内环索标高约36.5米，棚盖悬挑沿周边均约40米，膜覆盖面积(投影面积)约30 000米²，可容纳6万名观众。

整个棚盖由钢结构支撑，由钢索、膜组成一个典型索膜张拉体系，每个单元由一个立柱支撑，通过谷索、脊索、内外边索的张拉作用成形。每个单元也因此形成了相同的造型，整体看来，仿佛是一座巨大的“折纸”建筑，白色的膜片在转折的光影中，环绕一周形成了起伏的韵律。

5.斯图加特体育场(如图3.54(a)、(b)所示)

图3.54(a)　斯图加特体育场

建筑设计:博那茨

图3.54(b)　斯图加特体育场室内

建成时间:2001年

斯图加特体育场始建于1933年，历经多次升级改造，最终形成了具有53 200个座位的现代化体育场。斯图加特体育场同样在结构和膜片上都采用了“韵律”作为建筑语言，与前者不同的是，结构的韵律感相对于屋顶的膜材的韵律感更为突出。屋顶的膜材采用了一连串的微型拱，近乎水平状态地飘浮在体育场的看台上方。而结构钢柱却以高挑、修长的身形均匀地矗立在体育场外缘，并以两圈环形钢梁加以约束，愈发突显了其结构的均匀完整。因此，在人们的视线难以从地面附近感知的情况下，屋顶的韵律感被突出的结构削弱了不少。

用简单的韵律来化解一座庞大的建筑，有一种神奇的力量，仿佛与走近它的人们的心跳一起律动。

6.城市环境小品

大而大之，小亦小之。韵律的产生无处不在，对于没有太多奇思妙想的建筑而言，韵律是一种通用的世界性语言，放之四海而皆准，并每每能够轻易地打动我们。

在对于城市环境要求越来越高的今天，城市的环境小品是紧绷着的城市神经末梢处的一个个轻松的结点。在很多情况下，这些小品融入了人们的参与活动，提供了一些必要的功能。膜结构建筑为这些小品提供了简单易行的方式，采用韵律作为建筑语言来表达是一种设计的捷径。

走在这样的廊架下，人们也许会不由自主地去数一数那类似“帆拱”的篷布。(如图3.55所示)

坐在这样的“帐篷”中，好像扬帆远航一样，轻松愉悦。(如图3.56所示)

不可否认，简单的韵律就像富有节奏的小调那样琅琅上口，总是以平凡的方式对人的记忆和城市环境施以深刻的感染。

图3.55　膜结构小品(一)

图3.56　膜结构小品(二)

可见，韵律对于膜结构建筑而言，不仅可以反映在不断重复出现的结构支撑体系中，也可以用类似的膜片体量来展现，每一个单元可以完全一致，也可以蕴涵微妙的差别。这样的建筑形象，给人以不断加深印象的感觉，充分展现了膜结构建筑灵活自由的特点。

3.4.2.4　变奏(冲突)

变奏，指完整的建筑体量被打破或有不同形态的体量嵌入，形成对立或反差，造成视觉的冲突感。

一部具有感染力的音乐作品，总是由于旋律中蕴涵着丰富的变奏和旋律的不可预料，而愈发显得耐人寻味。色彩的世界也由于对比色的使用而使视觉的冲突与不调和变成了美。变奏的语言在建筑世界同样存在共鸣。

1.建筑入口的膜结构

许多的建筑并未采用膜结构，但却会在入口处纳入局部的膜结构形式，作为整体建筑的变奏，从而达到吸引人视线的效果。

在建筑的入口处，我们看到钢、玻璃、膜一系列现代的材料和结构的并列组合，其曲线形的钢支撑柱张拉着印有标识的膜布，玻璃雨棚在膜结构的下方呼应，使得这个入口形象呼之欲出，光彩照人。(如图3.57所示)

图3.57　膜结构建筑入口

2.日本爱知世博会场馆

2005年3月开幕的日本爱知县世界博览会，以“自然的智慧”为主题，展馆建设大量应用现代科技成果，突出环保性和功能性，反映出人类对自然美的孜孜追求。

在世博会的建筑群中，出现了膜结构建筑及使用新型材料的建筑。变奏的设计语言，成功应用在了爱知世博会长久手会场的日本JR东海磁浮列车馆上，展馆以2003年创下581千米时速的磁浮列车来布置。在车体穿出建筑的部分，设计了一个骨架式膜结构的大天棚，有两根钢柱上部发散出的束状构件支撑骨架，并结合肋状的支架，在顶部形成了膜结构的棚顶，仿佛是一片张开的树叶。原本朴实的建筑由于夸张的膜结构处理，而变得个性十足，充满活力。(如图3.58所示)

变奏也是冲突，对于膜结构建筑而言这是非常自然的建筑语言，看似不和谐的形态关系，反而增添了建筑的特色。膜结构本身的特殊性，决定了在一座完整建筑的局部采用膜结构，对整体而言就成为一种变奏。膜结构建筑的变奏语言，可以灵活地应用于建筑的各个部分，如入口、局部屋顶、阳台、墙体遮阳装置等，形式也丰富多样。

图3.58　日本JR东海磁浮列车馆

3.4.2.5　填充

填充，可以说是膜结构建筑将结构和材料作换位思考的一种语言。改变建筑膜材通常的覆盖作用，而作为结构内部的填充物，突出结构本身的特异性或其外部形象的特殊造型。

北京奥林匹克国家体育场(如图3.59(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示)

图3.59(a)　北京奥林匹克国家体育场鸟瞰

图3.59(b)　北京奥林匹克国家体育场夜景

图3.59(c)　北京奥林匹克国家体育场外观

图3.59(d)　北京奥林匹克国家体育场内部

图3.59(e)　北京奥林匹克国家体育场公共大厅

建筑设计:瑞士赫尔佐格和德梅隆设计事务所与中国建筑设计院

建成时间:2008年

北京奥林匹克国家体育场，俗称“鸟巢”，平面为椭圆形，平面尺寸为300米×180米，总建筑面积254 660米²，观众座席约10万个，其中临时座席约2万个。

体育场形象寓意为中国古代冰裂纹瓷器或用树枝编织的“鸟巢”。国家体育场坐落在奥林匹克公园中央区平缓的坡地上，场馆设计如同一个容器，高低起伏变化的外观缓和了建筑的体量感，并赋予了戏剧性和具有震撼力的形体。国家体育场的形象完美纯净，外观即为建筑的结构，立面与结构达到了完美的统一。结构的组件相互支撑，形成了网络状的构架，取消了封闭的实体，是一个完全开放型的体育场，可自然通风。气垫膜用在构架之间和屋顶，建筑形式与结构设计完美统一，看似杂乱无章的结构，实际主要受力体系非常清晰合理。体育场的空间效果即具有前所未有的独创性，为2008年奥运会树立了一座独特的历史性的标志性建筑。

体育场就像一个巨大的容器，不论是近看还是远观，都将给人留下与众不同的、难以磨灭的形象，它完全符合国家体育场在功能和技术上的需求，又不同于一般体育场建筑中大跨度结构和数码屏幕为主体的设计手法。体育场的空间效果具有前所未有的独创性，体育场的外观为纯粹的结构，结构的组件相互支撑，形成网络状的构架，其立面、楼梯及屋顶完美有机地融为一体，穿过体育场的网络状构架，人们便进入了体育场环绕看台的宽敞回廊。

体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。体育场结构间隙的两层透光膜使屋顶能够防止雨水渗入，内层膜位于结构的内侧兼作声学天花，同时保护上部的集散大厅在冬季免受冷风的侵袭。在这座体育场的设计中，建筑师改变了应用膜结构的方式，承重的支撑骨架成了设计形象表现的重点，而膜本身兼具多项功能，凝聚了多种科技手段，却以低调的方式成为骨架内部的填充区。国家体育场的造型可谓打破了膜结构建筑的传统，这种应用在膜结构建筑上的“填充”语言，成了另类中的另类，但其独一无二的语汇从一开始就抓住了人们的心，使它能够成为演绎担负历史使命的2008奥运主体育场的主角。

3.4.2.6　包裹

包裹，是与填充相对应的一种语言。

当充气膜结构建筑用巨大的屋顶覆盖建筑整体时，建筑的“屋顶”和“墙体”的界限也就随之模糊了，但建筑的空间结构形态虽然在充气膜的覆盖下仍然依稀可辨;而有另一种语言，将建筑内部的结构包裹在其中浑然不觉，为了区别于“覆盖”的笼统，我们或许可以称这种有形的语言为“包裹”。

1.北京国家游泳中心“水立方”(如图3.60(a)、(b)、(c)所示)

建筑设计:中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司

建成时间:2007年

图3.60(a)　北京国家游泳中心“水立方”外观

图3.60(b)　北京国家游泳中心“水立方”室内

图3.60(c)　北京国家游泳中心“水立方”结构模型

北京国家游泳中心位于北京奥林匹克公园内，2008年北京奥运会主要建筑之一，俗称“水的立方”。北京国家游泳中心规划建设用地62 950米²，总建筑面积65 000～80 000米²，其中地下部分的建筑面积不少于15 000米²。

这座膜结构建筑的特殊性在于，其本身的建筑形体仍由墙体和屋顶等各部分组成，但其外表皮被膜结构包裹起来。建筑的屋盖、外墙和隔墙内外表面采用PTFE薄膜(0.2毫米厚)充气气枕镶嵌在钢杆框格中，每一个气枕配一个气泵。外观犹似水分子结构、生物细胞或化学晶体，感觉像水泡沫在闪光，造成一种神秘感。由于充气“气泡”的包裹，我们既感觉不到建筑内部的空间结构，连藏在气泡中的钢结构的骨架也感受不到。这个设计一改往日的充气式膜结构建筑的结构概念，将一个大面积的充气体积细分为无数有形的小型充气结构，使这种包裹产生了既定的肌理，并更能依附于建筑主体成为外表皮，而不改变建筑本体简洁有力的立方体形态。

2.德国慕尼黑安联体育场(如图3.61(a)、(b)、(c)、(d)所示)

图3.61(a)　德国慕尼黑安联体育场外观

图3.61(b)　德国慕尼黑安联体育场屋顶

图3.61(c)　德国慕尼黑安联体育场室内

图3.61(d)　德国慕尼黑安联体育场发光夜景

建筑设计:瑞士建筑师雅克·赫尔佐格和皮埃尔·缪隆

建成时间:2005年5月

安联体育场是一个露天体育场，可容纳66 000名观众。这个灰白色卵形的露天大型运动场白天看起来就像是一艘橡胶船漂浮在宽阔无际的水平面上，外墙体全部由2 874个充气气垫构成，银白色的巨大弧形与白云蓝天互相映衬，其中1 056个在比赛中可以变幻发光。

3.法兰克福国际汽车博览会奥迪展馆(如图3.62(a)、(b)所示)

图3.62(a)　法兰克福国际汽车博览会奥迪展馆

建筑设计:英恩霍文事务所

建成时间:1999年

法兰克福国际汽车博览会奥迪展馆，是一个将膜结构建筑技术应用于室内展览的设计案例，是一座会发光的“馆中馆”。整个展馆浑圆一体，室内的灯光通过半透明的膜材散发出来，膜材与玻璃在展馆内部的结构中交织出现。展馆的外部就像一个发光的“钵体”，将内部的展品和奇妙的展示空间一并包裹起来，形成简练的视觉印象，突出了汽车品牌的大气魄。可见，膜结构的建筑语言具有广泛的融通性，触角可波及建筑、环境甚至是室内。

图3.62(b)　法兰克福国际汽车博览会奥迪展馆内部

4.整体膜结构建筑

许多膜结构建筑通体采用膜材，建筑的形态丰富多样，但它们在建筑语言上同样是以包裹为主要语言，支撑骨架被膜布包裹在内部，外观膜材往往覆盖到建筑的根部。建筑因循形态的差异，产生不同的效果，有的就像一个用膜材包裹的“磨坊”，有的像穿了雨衣的巨大毛虫，有的像发酵的面包。当然，在这些特色的膜结构建筑中，包裹并不是唯一的建筑语言，但是包裹使它们的形象更突出、更生动。(如图3.63所示)

3.4.2.7　对比

对比，即在同一座建筑中，出现具有相当地位的二者，用不同的语音对话，传达同一种信息。可能产生对比的二者在语言音量的权重上存在差别，就像一个老者音如洪钟，而稚者略显单薄;可能二者在发声的方式上不同，一个南腔，一个北调，两种方言在对话。这说明，任何对比都可能是显然失衡或是势均力敌的。对比也是现代建筑常用的语言，主要包括形态的对比和材质的对比。

图3.63　整体膜结构建筑

1.2002年韩日世界杯济州体育场

建成时间:2002年

2002年韩国日本的世界杯足球赛，促生了一批高规格的体育建筑。其中韩日世界杯济洲体育场(如图3.64所示)，是成功的一例。一侧突出的巨大天棚式建筑处于不均衡的状态中，稳定的建筑主体基座和轻盈的天棚成为形态上的强烈对比，让人过目难忘。

图3.64　2002年韩日世界杯济洲体育场

济州体育场位于韩国济州岛的西归浦市。体育场地上4层，地下2层，西看台屋顶为空间桁架，屋面为索膜结构，顶棚覆盖率为50%，三段看台座位共42 334个，建筑面积25 000米²。由于地形的特殊性，比赛场地低于地面并将看台沿周边排列，以减少土方工作量。建筑物高度是由体育场的最佳整体效果来控制的，是四季都可以进行训练和比赛的运动场。

体育场的设计意图是想表达ORUM、TAEWOO和OL-REA三个概念。ORUM是济州岛特有的自然景观;TAE-WOO是济州岛独一无二的生产工具;而OL-REA则是指济州岛传统村落的入口空间。体育场的张拉膜结构是由6组桅杆、斜拉索和空间桁架支撑的PTFE玻璃纤维膜顶。6根变截面钢管桅杆支撑着主屋顶。位于前部的桁架对主桁架起到部分支撑作用，并成为前部环状斜拉索的通道;后部桁架对主桁架也同样起到部分支撑作用，并将屋顶的张力和压力传递到地面。三种类型的次桁架担当支撑屋顶的辅助作用，并限制了建筑的侧向位移。斜拉索与桅杆的顶部相连，前部的斜拉索支撑起前部屋顶，同样，后部的斜拉索则将桅杆拉向相反方向。斜拉索起到了平衡屋顶和桅杆的作用。体育场前部的环状斜拉索抵抗由风所产生的吸力。索桁架是由4根顶部拉索、4根底部拉索以及撑杆组成，起到支撑膜的作用。4根底部斜拉索还担当抵抗主桁架侧向位移的辅助作用。

在设计济州体育场这种不对称、看似不平衡的造型时，进行了深入细致的科学计算和实验分析。这种突出的建筑形象是建立在科学的基础上，并纳入了具有传统文化意向的设计理念共同完成的。建筑在造型上仅在西侧设计了看台，不仅是功能上的恰当处理，也使这样一座庞然大物处于体量上的不均衡的对比，反而突破了体育建筑的常态，达到了理想的视觉效果。

2.美国伊利诺斯州立大学红鸟竞技场

建成时间:1999年

美国伊利诺斯州立大学体育场的红鸟竞技场，是一座传统砖砌建筑与玻璃纤维索膜顶的艺术结合体，用红砖和膜结构进行了材质的对比。

这里被用作棒球场、巡回演出的音乐会场以及前一个体育场的补充。它处于草原生态环境和校园环境中，是一座十分独特的建筑。这座建筑的组合及形状表现了建筑内部的功能。围绕着中央竞技场的很大坡度，座席呈椭圆多边形排列，其设计意图是创造一个深的“沉降”天井，以鼓励自己的球队并威慑他们的对手。中央竞技场膜屋顶的周边被固定在座席后面的折线形的混凝土圈梁(压力环)上。其外围的12个膜项由12个砖砌的阶梯状塔楼分隔。塔楼为技术用房，其最突出的功能是，用正面的圆形大百叶窗为体育馆通风换气。体育场的屋顶是半透明和保温的悬索膜顶。伞状的折顶形式通过24个飞杆将脊索撑起而形成峰顶，拉直的骨索形成峰谷。

这是美国第一个悬索膜顶建筑，也是世界上第一个非圆形顶的索膜建筑。除了脊索使用了普通钢索外，屋顶结构的其余部件都采用7根一束的预应力钢索。外斜索与主环索及飞杆间的连接件均为铜铸件。椭圆形上的张力变化由主体张拉环索以外的部分钢索来承受。体育场的外围是由砖砌阶梯状塔楼与波浪式膜顶下的砖垛、玻璃窗相间排列，造型丰富。砖的采用使体育场与校内主要的建筑物协调，而光滑的聚四氟乙烯膜顶则独具特色。两种材质，一种传统，一种现代;一种与校园环境高度协调，一种成为对色彩和质感的突破与挑战。这种对比在没有出现在这座建筑上时，不免让人匪夷所思;但当红鸟竞技馆以这两种材质相互交替对比的形象出现时，人们又叹服对比的美妙。(如图3.65(a)、(b)、(c)所示)

3.4.2.8　联想

联想的存在，主要是因为人们的大脑中积累了许多对于已认知世界的经验和信息。联想作为建筑语言，可能更接近于通过某些形态的塑造，建立人们的感官与这些信息和经验贯通的渠道，与其说它是一种建筑语言，不如说是建筑师巧妙建立心理导向的高明手法。联想，可以用多种形态引发，自然界的生物、生活中的日常用品等都可以作为联想的原型。建筑师在设计中可以通过仿生或模拟，塑造建筑与自然界生物或物品之间的相似性，从而激发联想。

图3.65(a)　美国伊利诺斯州立大学红鸟竞技场外观

图3.65(b)　美国伊利诺斯州立大学红鸟竞技场俯视

图3.65(c)　美国伊利诺斯州立大学红鸟竞技场局部

帆船是人们喜爱的形象，也常常被应用于建筑创作中。著名的悉尼歌剧院就像是在海边张起的点点白帆，它的倩影成为永久的艺术形象。同样，设计师在城市的环境小品设计中，也采用“帆”作为形象联想的原型，创造出膜结构的雕塑形象，异曲同工地让人们印象深刻。(如图3.66所示)

汉诺威世博会葡萄牙馆

建筑师:阿尔瓦罗·西扎

图3.66　膜结构小品

建成时间:2000年

汉诺威世博会葡萄牙馆由阿尔瓦罗·西扎设计，展馆由一个几乎方形的主体加上一个侧翼构成，一个带顶的U形廊道围合出一个室外广场，并引导参观者步入展馆。展馆的室内空间是一个近乎封闭的方形大厅，在墙体2.2米高处的横向划分，是对葡萄牙北部城市中花园墙这种典型的空间边界的引用。有透光的膜材覆盖的波浪形屋顶，就像天空中飘动的云朵，微微倾斜的地面让人有置身室外的感觉。简洁的室内空间通过屋顶、地面和墙体上下的移位，构成生动、深远而亲切的空间效果。

膜结构的屋顶，在人们对于这座建筑的感知过程中，始终是朦胧的、漂浮的;室内的空间正是由于波浪起伏的屋顶，而更显奇幻色彩。将这座展馆称为“漂浮的云”，是源自人们在其空间中游走产生的联想。通过膜结构而实现对建筑意境的表达，尤其是对迷离的自然虚幻世界的联想，就像是一种隐语，赋予了空间更深的含义。(如图3.67(a)、(b)所示)

图3.67(a)　汉诺威世博会葡萄牙馆室内

3.4.2.9　附加

附加，就是使建筑的一部分或附属物成为主体有趣或有益的补充。主体与附加部分形态也许不调和，或者无须去调和，看似生硬的附加也许是一种可选择的语言，让二者都有发言权，并各自履行其特色。

图3.67(b)　汉诺威世博会葡萄牙馆

1.马来西亚雪兰莪州格思里高尔夫球俱乐部

建筑设计:汉沙和杨经文

建成时间:2000年

由汉沙和杨经文共同设计的马来西亚雪兰莪州格思里高尔夫球俱乐部，被称为“高尔夫之伞”，位于马来西亚吉隆坡的一个新区入口处，它以造型夸张的膜结构屋顶，扮演着大地地标的角色。

这座建筑包括高尔夫俱乐部和业主办公室两部分，办公室部分主要用作展示该开发区住宅和场地，为开发区内的高尔夫球场服务的俱乐部则设计成室外茶座。

建筑独特的屋顶结构源于开发商对于1992年西班牙塞维利亚博览会上德国馆的充气式屋顶的钟爱。张拉膜结构的特性给与了建筑平面充分的自由度，建筑平面由两个完全不同的“翼”和一个有交通和服务功能的中间核组成。悬挂于建筑物上方的屋顶也是由三部分组成，办公及展示的上方悬挂着菱形枕状充气顶棚，俱乐部上方的顶棚则呈梯形，服务核的上方是一个不充气的锥形张拉膜。看似自由的平面，其实经过了细致的推敲，以使各个角度吹来的微风经过墙体的导流作用，产生最大的气流降温效果。

巨大的屋顶覆盖了2 700米²的面积，建筑实体为普通的预应力混凝土结构，墙面为强化玻璃和铝板。充气式屋顶采用玻璃纤维织物，由钢骨架支撑，玻璃纤维材料在白天可以阻挡阳光直射，在晚上可以反射室内照明的光线。屋顶表面有一层特殊涂料，保证排水的同时避免在湿热多雨的气候条件下表面滋生生物。由于顶棚的遮阳效果，建筑每年可以减少大约66 300千瓦时的能量消耗;巨大的阴影空间，也为室外茶座和走廊创造了良好的环境。巨型的张拉膜屋顶由镀锌钢缆悬挂于三根无缝钢管的桅杆上，桅杆也用钢缆与地面相连。为了抵御台风侵袭，工程师们进行了多次风洞实验，以保证建筑能抵抗35米/秒的大风。

自由的平面和巨大的屋顶是这座建筑的特色，对于建筑本身而言，屋顶是突出的附加体，虽然其具有明显的功能改进作用，但最突出的还是其夸张的造型带来的视觉冲击。不调和的附加在特定的诠释下，也是一种美。(如图3.68(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示)

图3.68(a)　马来西亚雪兰莪州格思里高尔夫球俱乐部平面

(a)首层平面;(b)三层平面;(c)屋顶平面1—办公;2—办公/展览;3—接待;4—商场;5—咖啡;6—储藏;7—茶室;8—祈祷室;9—行政;10—卧室

图3.68(b)　马来西亚雪兰莪州格思里高尔夫球俱乐部(一)

图3.68(c)　马来西亚雪兰莪州格思里高尔夫球俱乐部(二)

2.法国巴黎拉德方斯巨门

建筑师:丹麦建筑师斯朴瑞克森·安德鲁

建成时间:1989年

拉德方斯巨门是巴黎新区城市轴线上的标志建筑物，建筑师设想在大拱门中有一构筑物。被邀请负责设计构筑物的彼得·莱斯认为，织物所具有的物理素质，可在特殊的环境中发挥作用，因此他建议这一构筑物不采用简单的片状织物来完成，而应有一定的体形厚度。同时，由于拱门内是一个风道，设计的关键已不在织物本身，而在其支撑结构。与试图用巨大面积的织物覆盖相反，它将其分为众多华盖，中央嵌入玻璃，使人们在下方也能感受到拱门。

图3.68(d)　马来西亚雪兰莪州格思里高尔夫球俱乐部夜景

图3.68(e)　马来西亚雪兰莪州格思里高尔夫球俱乐部局部

不论膜结构的技术细节如何，拉德方斯巨门上空的构筑物用一种与拱门本身的线条、形态及材质迥异的方式展现，虽然它拉结在拱门上，但却不像稳定隶属于此的部分，也正是这种大胆的附加，使建筑空间的魅力愈加突出，并在人的尺度范围内赋予了人们多层次的奇妙体验。(如图3.69(a)、(b)所示)

图3.69(a)　法国巴黎拉德方斯巨门膜结构的“云”细部

图3.69(b)　法国巴黎拉德方斯巨门中间的膜结构“云”

3.德国柏林索尼中心

建筑师:美国建筑师赫尔穆特·扬

建成时间:1999年

由美国建筑师赫尔穆特·扬设计的柏林索尼中心，位于柏林著名的波茨坦广场区的一块三角地。索尼中心包括索尼集团欧洲总部、电影媒体中心、办公出租设施、商业零售、住宅公寓、休闲及娱乐设施，建筑面积21万米²。

索尼中心的位置在20世纪30年代曾经是旧柏林的都市文化中心。索尼中心的规划和建筑设计，缝补了这一历史地段的空间结构的碎裂，通过繁复的功能组合和技术手段的创新应用，为这一地段介入了新的场所精神，激发了这一区域的城市活力。

索尼中心由7栋相对独立的建筑围合而成，以椭圆形的中心广场“论坛”为核心，向周边的城市街道放射出一系列抑放有致的步行街。“论坛”上空巨大的抛物面锥形穹顶，是整个建筑组群空间节奏序列上的精彩段落。伞翼不经意地，倾斜、舒缓地延伸至四周，触及形态各异的裙楼。

中心广场的椭圆形穹顶，覆盖面积达4 000米²，充分展示了先进科技:膜结构和玻璃技术在此创造性地融为一体。膜结构和玻璃的共同使用既保证了室外空间充足的光线，又有效地控制眩光和直射光。出人意料的是，穹顶中央直径9米的开口，使人们在享受现代技术提供的室外屏蔽的同时，也能感受自然的晴雨变化，体验全天候的露天广场。穹顶开口有助于形成“烟囱效应”，而围合广场的建筑则提供冬暖夏凉的回风，为广场营造出宜人的微环境。

穹顶作为多个建筑之间的连接体和室外广场的屋顶，在形态上与周边的建筑迥异，特异的造型和多种材料的结合使其成为视觉的焦点。从空间的角度而言，穹顶及其覆盖的“论坛”广场是各种建筑空间和城市空间之间的过渡地带，它提供多向的丰富体验，促成了空间品质的提高。从形态的角度而言，穹顶是索尼中心中部的连接体和附加物，但这正体现了建筑师试图把握的空间精神与价值。(如图3.70(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示)

屋顶遮阳、建筑物的连接体、建筑物的外延部分等各种形形色色的建筑附属物，都可以发挥其特有的作用。主体的本来面目，经由膜结构附属物的直接附加，可以弱化主体的缺陷，改善视觉效果;同时，轻盈的膜结构造型在处理体量从属的附属物时，不会对建筑主体产生剧烈的冲撞，这就保证了对建筑整体的形象认识。(如图3.71、图3.72、图3.73所示)

图3.70(a)　德国柏林索尼中心总平面

图3.70(b)　德国柏林索尼中心透视

图3.70(c)　德国柏林索尼中心广场

图3.70(d)　德国柏林索尼中心外观

图3.70(e)　德国柏林索尼中心建筑细部

图3.71　某建筑外延膜结构

图3.72　某建筑屋顶膜结构

图3.73　某建筑连接部分膜结构

3.4.2.10　可变

膜结构建筑有一个超越一般建筑的突出特点，即形态可变度较大。虽然，也有一些奇特形式的一般建筑存在形态可变性，但比起膜结构建筑的奇幻的“变脸”，不免是“小巫见大巫”，富于变化也就成为了膜结构建筑特有的设计语言。

这种可变性可能来自于膜结构建筑的本身形态，也可能出现在以膜结构的构筑物为可变主体的其他结构形式的建筑上。

自身可变的的膜结构建筑，通常都是具有屋顶开合功能的体育场馆。而利用膜结构的构筑物的可变性的建筑，则是现代建筑发展至今，各种建筑体系相互交叉、并置的新兴产物。

1.日本所泽市西武体育场

建筑设计:鹿岛设计事务所

建成时间:1999年

日本所泽市西武体育场的设计运用自然采光，使体育运动与自然环境有机地融合，通过简单的设计使明亮而开敞的空间具有树荫般的舒适感，可开启的屋顶成为设计的亮点。

屋顶结构由固定于周边的原有V形钢管柱支撑，柱间不设围墙，增加了空间的开敞和通风。观众席上方的不锈钢折板屋顶解决了保温、结露、吸音和隔声问题。在第一个休赛期，梯形桁架从外部运至现场，在这个环形结构中，座席内不用任何临时支撑，桁架通过滑动的方法安装。中央膜顶的制作最大限度地使用了半透明的膜材，简单的网架无斜撑或辅助杆件，以使观众更好地观看比赛并有助于减轻屋顶结构重量。在第二休赛期时，膜顶将在地面上组装后升起，以形成完整的屋顶。(如图3.74(a)、(b)所示)

图3.74(a)　日本所泽市西武体育场

图3.74(b)　日本所泽市西武体育场的可变屋顶

2.德国汉堡网球场

德国汉堡网球场拥有一个可变的膜结构屋顶。

可缩进的膜结构棚盖可以在任何恶劣的天气时，将棚盖关上;在天气转好时打开。以确保在任何季节里网球比赛的举行，以避免重要的赛事由于外界因素中断或延迟。此建筑充分发挥了索膜结构重量轻、造型灵活的优点。整结构展开面积约10 000米²，采用PVC(PVDF面层)膜材，并且选用能够满足要求的最薄的型号。

屋顶开合是建筑最大的亮点，收拢的膜布就像悬挂的旗帜，是一种天空上方的点缀，而功能上的便利是这个设计的精彩之处。(如图3.75(a)、(b)、(c)所示)

图3.75(a)　德国汉堡网球场屋顶收拢

图3.75(b)　德国汉堡网球场屋顶撑开

图3.75(c)　德国汉堡网球场

3.美国亚特兰大佐治亚穹顶体育馆

建筑设计:魏德林格尔基事务所

建成时间:1992年

美国亚特兰大佐治亚穹顶体育馆是一个空间桁架膜结构建筑，底部弦杆由环形索替代。这个屋顶为240米×192米的椭圆形，是同类索膜结构中世界上最大的。它由涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维膜覆盖。屋面呈钻石状，看上去像水晶一般。

整个屋顶由7.9米宽、1.5米厚的混凝土受压环固定，共52根支柱支撑着700米周长的混凝土受压环，钢焊接件被预埋进受压环内，以提供26个屋顶连接点。

屋面的开启方式也由于其“钻石”般的形态，呈现放射状锯齿式的裂开方式。巨大的天棚，特殊的可变模式，成为了佐治亚穹顶体育馆最吸引人的亮点。(如图3.76(a)、(b)、(c)所示)

图3.76(a)　亚特兰大佐治亚穹顶体育馆屋顶开启

图3.76(b)　亚特兰大佐治亚穹顶体育馆屋顶关闭

3.4.2.11　异化

异化，即打破既往建筑惯用的常态，在膜结构建筑语言中，异化是包容性最强的一种。所谓包容性强，指的是建筑异化的结合点可有多种选择，涵盖材料、色彩、立面处理，由内而外方方面面。或者也可以说，一切不可捉摸、不易界定的建筑语言都可以归纳在异化的旗下。

1.立面异化

将膜结构运用于建筑的外立面，是对于一般的膜结构多用于建筑屋顶的一种异化手法。膜结构材质的特殊性，带来了完全不同的视觉印象。

迪拜的Burj A l-A rab酒店(迪拜泊瓷酒店，又称阿拉伯塔)

建筑设计:英国设计师W.S.A tkins

建成时间:1999年12月

坐落在海边的迪拜泊瓷酒店宛如一叶帆船飘扬在大海上，56层320米高的迪拜伯瓷酒店采用双层PTFE膜作为建筑立面，并成为世界上最高的膜结构建筑。伯瓷酒店是世界上唯一的七星级酒店，它建在离海岸线280米处的人工岛上。泊瓷酒店糅合了最新的建筑及工程科技，迷人的景致及造型，使它看上去仿佛和天空融为一体。酒店外观如同一张鼓满了风的帆。

图3.76(c)　亚特兰大佐治亚穹顶体育馆室内

膜结构在这座建筑中的应用打破了常规，将膜结构轻盈的结构体量和与风帆形似的特点作为表现的亮点，在高层酒店的立面上展现。尤为突出的一点是，膜结构应用于外立面，并没有给这座建筑带来激烈的冲突感，相反，白色的膜结构与辉映海水蓝色的玻璃融为一体，使整座建筑气质优雅、唯美协调。这种处理方式本身，就是对一般膜结构多用于屋顶，或注重寻求差别的表现的异化做法，酒店因此在形象上与众不同，充分体现了建筑师设计的独具匠心。(如图3.77(a)、(b)、(c)所示)

2.材料异化

膜结构的用材本身就具有特殊性，常用膜材在人们的印象中基本上是轻盈的白色织物。实际上，膜材随着科学的进步已经建立了一个庞大的家族，并且这个家族还在继续扩大。一些特殊的成员涌现出来，可与玻璃媲美的透明膜材、采用天然材料制成的生态膜材、五光十色极具装饰性的彩色膜材等。这些不同寻常的膜材，成为一些膜结构建筑寻求异化的重要元素。

图3.77(a)　迪拜酒店外观

图3.77(b)　迪拜酒店近景

1)透明膜材

英国国家空间科学中心(National Space Science Center)

建筑设计:尼古拉斯·格雷姆肖事务所

英国国家空间科学中心位于莱斯特索尔河畔北岸，是英国首座空间科学建筑，造价约2 000万美元，包括研究院和展览馆两部分。其中，展览馆像一座透明的火箭发射塔，圆锥形的塔身由PTFE膜层和钢管构成，管内设有空间探索设备，包括火箭、导弹和卫星等。火箭高约30米，游客可以从四个不同高度的平台一饱眼福。

图3.77(c)　迪拜酒店细部

这座建筑，其晶莹剔透的展览馆仿佛是一个透明的肥皂泡，内部的装置和结构一览无余地暴露在人们的视野里。这种透明膜材的使用，对于这种保护和观赏需求并重的建筑十分贴切，同时透明的膜结构在形态上易于把握，可塑性强，在一定条件下优于刚性的透明建筑材料玻璃，施工也相对简易快捷，这更是其他结构不可比拟的。(如图3.78所示)

2)生态膜材

汉诺威世博会日本馆

建筑设计:坂茂

建成时间:2000年

2000年汉诺威世界博览会所倡导的主题是“人·自然·技术”，由坂茂设计的日本馆在这次博览会颇受注目。主要原因是，当绝大部分博览馆都把木材当作建筑的主要材料时，日本馆则创造了一座建筑史上前所未有的最大规模的纸建筑，将再生之后制造的纸管作为建筑材料使用，创造了建筑的奇迹，受到了大多数参观者的高度赞赏。日本馆采用回收加工的纸建成拱筒形的结构，由12.5厘米粗的纸管网状交叉而成，弧形屋面和墙身材料也是织物和纸膜。整个馆长72米，宽32米，最高处达15.5米，面积3 600米²。

图3.78　英国国家科学中心

这座建筑充分体现了注重技术创造与革新，以及与自然高度融合的智慧。作为临时性建筑，会后展馆大部分材料可以回收利用，从材料和结构的特性出发，来切合世博会的主题，关注资源和环保问题，成为其成功之处。白天，自然光经过半透明纸窗的过滤构成柔和、宜人的室内光环境;夜晚，纸窗又是神奇光影的“屏幕”。在世博会展馆里，自然光透过防水的织物和纸膜构成的屋顶照射到室内，形成特殊的室内空间环境。

“纸屋”是对膜结构建筑的一种异化尝试，纸制的骨架和纸制的膜材，这座临时性的膜结构建筑依然秉承了膜结构的结构体系，所不同的是，它对传统的膜结构建筑用材进行了彻头彻尾的颠覆，这种材料的异化是人们对于自然和生态问题的深刻思索的一种产物，也从一个侧面证明了膜结构建筑在多个方面都具有担当时代先锋的天赋。(如图3.79(a)、(b)、(c)所示)

3)彩色膜材

如今，越来越多的彩色膜结构建筑成为生活的点缀，建筑的入口、公园的大门、庭园中的凉亭、景观长廊、甚至是一整座庞大的膜结构建筑都会披上彩色的外衣。色彩的范围也异常丰富，各种膜结构的小品、设施和建筑也因为拥有了绚丽的彩妆，而愈加显美丽。(如图3.80(a)、(b)、(c)所示)