张拉膜结构应用于全民健身设施的气候适应模式初探

admin1

目前我国全民健身设施分类及形式较为固定；其中室内场地受困于建设和运营成本问题；发展缓慢；室外设施则易受天气影响；利用率低；膜材凭借其独特的结构、造型和物理性能；可结合各地气候特点建设介于室内室外之间的形态更丰富多样的全民健身设施；文章根据不同膜结构形式特点；分析其作为多形态全民健身设施的应用潜力；考虑到我国地域辽阔；气候类型多样；文章以一年为周期范围；量化比较不同气候区内膜结构设施的适用天数；探究不同形式膜结构应用于全民健身设施的气候适应性；为全民健身设施多样化和可持续化发展提供一条新路径；

1全民健身设施的发展及建设要求随着我国全民健身系列政策的出台，我国各地兴建了大量全民健身设施。截至2013年12月31日，全国体育场地面积共19.92亿平方米。室外体育场地面积19.30亿平方米，室内体育场地面积0.62亿平方米[1]。其中室外场地虽然总量可观，但在日常使用中受限条件过多，管理和维护不便。且整体来看，城乡分布极其不均衡；而室内场地人均资源严重不足，存在设计模式单一、建造及维护成本过高、场地接待和服务能力较低等各类问题。超过80%向社会开放的室内健身场地日均人流不足80人。没有合适的运动场地成为阻碍运动参与度的一大重要原因，加强全民健身场地多样化发展，是全民健身运动进程中的一项重要任务。面向广大市民的公共健身体育场馆在建设时不必考虑举办专业赛事所需的高标准，而要在基础设施和全面布局上整体统筹，力求实现社会利益和经济利益的长远双赢。因此，现阶段更需加强完善全民健身设施服务体系，将更实用、更舒适和更便捷的活动场地覆盖到市民身边，充分利用建筑领域的新材料、新技术等多路径，加速完成《“健康中国2030”规划纲要》[2]所部署的“15分钟健身圈全覆盖”要求。全民健身设施作为专项功能空间，运动人群的舒适性不可轻视。为满足运动舒适条件，对各项环境指标例如温度、湿度、风速等均有一定要求。考虑到室外全民健身设施数量和成本条件占优，且运动状态的舒适条件范围较大，在室外运动场地的基础上进行环境优化是一项性价比较合适的选择。随着科学技术的发展，已有各类新兴设计模式和技术可对室外微气候进行局部合理调控，例如目前已得到一定认可的充气式膜结构体育设施，国内现有气膜体育项目133个。对室外健身设施环境条件的有效调控有助于提高使用者的积极性和场地利用率，有利于社会目标和效益目标的双重实现。2张拉膜结构的优良性能不同于传统建筑形式，膜结构通常为轻质高强的柔性薄膜材料与支撑体系的结合，形成具有一定刚度可承受一定荷载的稳定曲面，能够覆盖大空间[3]。膜结构造型可随支撑边界条件和预应力分布状态而变化，因而具有刚柔并济的结构造型美，轻盈自由又挺拔醒目。张拉式膜结构是最能发挥膜材材料性能的膜结构类型，需刚性结构或索结构的支承配合来完成整体构造（图1）。由于自身厚度极小，膜材热工性能较为一般，无法大幅减少外部温度及辐射变化的影响。但膜材良好的透光性对于建筑光环境的营造有很大优势，可使光线均匀透过，内部光环境平衡。膜结构建筑在造价、运营成本、投资回报周期、节能环保、安全和抗震等多个方面具有突出优势。据数据统计，单独膜结构的造价约为同等规模传统建筑造价的1/2，年运营成本则是传统建筑的1/3左右。3膜结构在健身设施领域的应用潜力在上述各项特点的促进下，膜结构形式进入体育建筑领域。目前在大规模建筑中，膜结构应用多为观众席上方的骨架式或张拉式膜顶棚；小规模场地的应用主要以气膜结构、张拉膜顶棚等单体建筑构筑物为主。虽然膜结构工程已有了一些实践，但总体来说，现阶段膜结构体育项目还未完全摆脱传统建筑形式。由于自身社会属性所限，全民健身设施有低专业性 高开放性的特点，而膜结构完全可以突破建筑室内外的常规限制，探索更灵活开放的公共健身设施形制。不同形式膜结构对环境条件起不同程度的调节作用，有选择地利用或过滤部分外界气候要素，可创造出相较于单纯室外空间运动热舒适更好的活动场地。同时与室内场馆相比，膜结构设施便于配合全被动式设计措施，将大大降低运营成本和能源消耗。综上，膜结构在我国全民健身设施的建设市场上具有巨大潜力。