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            膜結構概述

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            膜結構概述

            概述

                  膜結構(Membrane)是20世紀中期發展起來的一種新型建筑結構形式,是由多種高強薄膜材料(PVC或Teflon)及加強構件(鋼架、鋼柱或鋼索)通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結構,并能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式.膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類.充氣膜結構是靠室內不斷充氣,使室內外產生一定壓力差(一般在10㎜~30㎜水柱之間),室內外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力,從而實現較大的跨度.張拉摸結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型,其造型非常優美靈活. 

            材質

                  用于建筑膜結構的膜材,依涂層材不同大致可分為PVC膜、PTEF膜及ETFE膜,膜材的正確選定應考慮其建筑的規模大小、用途、形式,使用年限及預算等綜合因素后決定。 

            PVC膜 

                  PVC(PVC-Coated Polyester)膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜,且具有材質柔軟,易施工的優點。但在強度、耐用年限、防火性等性能上較PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纖維織物加上PVC涂層(聚氯乙烯)而成,一般建筑用的膜材,是在PVC涂層材的表面處理上,涂以數micron厚的壓克力樹脂(acrylic),以改善防污性。但是,經過數年之后就會變色、污損、劣化。一般PVC膜的耐用年限,依使用環境不同在5~8年。為了改善PVC膜材的耐侯性,近年來已研發出以氟素系樹脂于PVC涂層材的表面處理上做涂層,以改善其耐侯性及防污性的膜材。

            PVDF膜

                  PVDF是二氟化樹脂(Polyvinylidene Fluoride)的略稱,在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂涂層的材料稱為PVDF膜。PVDF膜與一般的PVC膜比較,耐用年限改善至7~10年左右。 

            PTFE膜 

                  PTFE(PTFE Coated Fiberglass)膜是在超細玻璃纖維織物上,涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性與防污性高。但PTFE膜與PVC膜比較,材料費與加工費高,且柔軟性低,在施工上為避免玻璃纖維被折斷,須有專用治工具與施工技術。

            耐久性:

            涂層材的PTFE對酸、鹼等化學物質及紫外線非常安定,不易發生變色或破裂。玻璃纖維在經長期使用后,不會引起強度劣化或張力減低。膜材顏色一般為白色、透光率高,耐久性在25年以上。

            防污性:

            因涂層材為聚四氟乙烯樹脂,表面摩擦系數低,所以不易污染,可藉由雨水洗凈。

            防火性:

            PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗合格的特性,可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。

            ETFE膜

                  ETFE的中文名為乙烯-四氟乙烯共聚物。ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm,是一種透明膜材。 2008年北京奧運會國家體育館及國家游泳中心等場館中將采用這種膜材料。 

            水立方的外墻是用ETFE膜制成的 

             

                  ETFE膜材常做成氣墊應用于膜結構中。最早的ETFE工程已有20余年的歷史,而最著名的要數英國的伊甸園了。 

             

                  ETFE膜是透明建筑結構中品質優越的替代材料,多年來在許多工程中以其眾多優點被證明為可信賴且經濟實用的屋頂材料。該膜是由人工高強度氟聚合物(ETFE)制成,其特有抗粘著表面使其具有高抗污,易清洗的特點。通常雨水即可清除主要污垢。 

             

                  ETFE膜使用壽命至少為25-35年,是用于永久性多層可移動屋頂結構的理想材料。該膜材料多用于跨距為4米的兩層或三層充氣支撐結構,也可根據特殊工程的幾何和氣候條件,增大膜跨距。膜長度以易安裝為標準,一般為15-30米。小跨度的單層結構也可用較小規格。 

             

                  ETFE膜達到B1、DIN4102防火等級標準,燃燒時也不會滴落。且該膜質量很輕,每平方米只有0.15-0.35公斤。這種特點使其即使在由于煙、火引起的膜融化情況下也具有相當的優勢。 

            這是描述信息

             

             

                  根據位置和表面印刷的情況,ETFE膜的透光率可高達95%。該材料不阻擋紫外線等光的透射,以保證建筑內部自然光線。通過表面印刷,該材料的半透明度可進一步降低到50%。根據幾何條件及膜的層數,其K值可高達2.0W/m2K。耗能指數以一個三層印刷的膜為例可達到0.77。 

             

                  由于其優秀品質,ETFE膜幾乎不需日常保養??蓪ζ溆捎跈C械損壞的屋頂進行簡單檢查(一年一次為宜),并根據需要就地維修。同時也可檢查通風系統,更換過濾裝置。 

             

                  ETFE膜完全為可再循環利用材料,可再次利用生產新的膜材料,或者分離雜質后生產其它ETFE產品。ETFE與PVC,PTFE完全不同,就像大家了解的汽車一樣,歐1到歐2比較容易,而歐2到歐3就完全不同了。 

            膜結構的特性

            膜結構作為一種建筑體系所具有的特性主要取決于其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由于此,用膜結構可以創造出傳統建筑體系無法實現的設計方案。

             

            1、 輕質:張力結構自重小的原因在于它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建筑結構的小得多,但卻具有良好的穩定性。建筑師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件,將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。

             

            2、 透光性:透光性是現代膜結構最被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建筑提供所需的照度,這對于建筑節能十分重要。對于一些要求光照多且亮度高的商業建筑等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用,膜材透光性可為建筑設計提供更大的美學創作空間。夜晚,透光性將膜結構變成了光的雕塑。

             

            這是描述信息

             

             

            膜材透光性是由它的基層纖維、涂層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間,有的膜材的光譜透射比可以達到40%,而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過涂層的顏色或是面層顏色來調節。

             

            通過膜材和透光保溫材料的適當組合,可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射只有幾個百分點,膜屋面對于人眼來說依然是發亮和透光的,具有輕型屋面的觀感。

             

            3、柔性:張拉膜結構不是剛性的,其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載,在此過程中荷載作用方向上的膜面曲率半徑會減小,直至能更有效抵抗該荷載。

            張拉結構的靈活性使其可以產生很大的位移而不發生永久性變形。膜材的彈性性能和預應力水平決定了膜結構的變形和反應。適應自然的柔性特點可以激發人們的建筑設計靈感。

             

            不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韌性極佳,不會因折疊而產生脆裂或是破損,這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。

             

            4、 雕塑感:張拉膜結構的獨特曲面外形使其具有強烈的雕塑感。膜面通過張力達到自平衡。負高斯膜面高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮于天地之間。無論室內還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。

             

            夜晚的燈光使膜結構具有強烈的雕塑感

             

            張拉膜結構可使建筑師設計出各種張力自平衡、復雜且生動的空間形式。在一天內隨著光線的變化,雕塑般的膜結構通過光與影而呈現出不同的形態。日出和日落時,低入射角度的光線將突現屋頂的曲率和浮雕效果,太陽位于遠地點時,膜結構的流線型邊界在地面上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,經過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。

             

            5、 安全性:按照現有的各國規范和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在地震等水平荷載作用下能保持很好的穩定性。

             

            由于輕型結構自重較輕,即使發生意外坍塌,其危險性也較傳統建筑結構小。膜結構發生撕裂時,若結構布置能保證桅桿、梁等剛性支承構件不發生坍塌,其危險性會更小。

            膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以最有利的形態承載。當然,結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要確何膜面與其輔助結構協調工作,以避免力在膜面或輔助結構上集中而達結構破壞的臨界值。

            膜結構領域

            文化設施

            展覽中心、劇場、會議廳、博物館、

            植物園、水族館等

            體育設施

            體育場、體育館、健身中心、

            游泳館、網球館、籃球館等

            商業設施

            商場、購物中心、酒店、餐廳、

            商店門頭(挑檐)、商業街等

            交通設施

            機場、火車站、公交車站、收費站、

            碼頭、加油站、天橋連廊、停車場等

            工業設施

            工廠、倉庫、科研中心、

            處理中心、溫室、物流中心等

            景觀設施

            建筑入口、標志性小品、

            步行街等

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