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是什么赋予建筑一另类的风采——膜结构
2012-9-17

标签: 膜结构建筑风采杂谈 
       现在在网上到处可以看到膜结构公司,他们在发布信息,供应广告,以找到客户。看到这些许多不明白膜结构的人就要问了,什么是膜结构,膜结构在现在的建设中有什么用。有人问我什么是膜结构建筑,我告诉她你知道水立方不,那就是了。有人想说想说现在不是有着钢筋混泥土建筑吗,那个不是很安全的吗,怎么又有了膜结构建筑啊?膜结构的性能怎样?安全性怎样?为此我在网上查了些资料:

       过去人们习惯的把膜结构视作帐篷,而帐篷只能算是一个临时性就按住,它不够牢固,不能防火,也不能保暖或隔热。如今对采用膜结构的帐篷却要刮目相看了。其中关键的问题是材料,膜结构是一种由高强薄膜材料及加强构件通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形式。膜结构以良好的自洁型、隔热性以及高耐久、造型新颖和自重轻等优点广泛应用于各类休闲小品、轻型大跨度无柱空间或轻型屋盖建筑结构。由于膜结构是一种张力结构,只有在一定的张力作用下,膜结构才有一定的形状和刚度,因而膜结构建筑表现了力的平衡美,是一种受力最为合理的结构形式。采用轻质膜材,同时辅以柔性拉索、轻型钢衍架的结构形式。可以很好地达到大跨度、覆盖大空间的目的。用于膜结构的有两种主要建筑织物,即PTFE的玻璃纤维织物和PVC的聚酯织物。PTFE具有强度高半透明、耐火不燃以及自洁性好的特点。虽然材料的保证年限是25年,但按照实际使用的经验,实际使用寿命将会更长,其唯一缺点就是价格高,PTFE膜材主要应用在大型体育场、展览馆、会议厅、机场候机厅等对大空间有需求的建筑。PVC聚酯织物与玻璃纤维织物相比,其强度等性能稍差,使用年限也较短,但价格却比较便宜,大约是PTFE的1/5左右。为了改进其性能可以在涂层外再加一个面层,成为PVF或PVDF。这种面层能保护织物抵抗紫外线的侵蚀,并改进其自洁性。PVC膜材主要应用于景观建筑、洁街景小品等建筑物。

       今年来一种新兴膜结构材料,ETFE,在国内大型和重点工程等尖端领域中开始被广泛应用。它不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、稳热定性和耐化学腐蚀性,而且机械强度高,加工性能好。由ETFE制成的膜材代替传统的玻璃和其他高分子采光板、PTFE膜材料等用于大型建筑物的屋面和墙体,重量小,只有同等大小玻璃重量的1%;韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂,延展性大于400%;耐火和耐化学腐蚀性强,熔融温度高达200摄氏度,并且不会自然。作为大型公共建筑物材料的ETFE膜,更大的优势还在与它们可以加工成任何尺寸和形状,以满足大跨度要求,节省了中间支撑结构。可以设计出简洁高雅的结构。作为一种充气后使用的材料,它可以通过控制充气量的多少,对遮光度和透光性进行调节,有效地利用自然光,节省能源,并在提供良好的透光度同时,也兼有保温隔热性能,又由于质量轻,它可以根据需要设计成可方便开启和关闭的活动屋顶,满足大型公共设施通风透气、天然采光的需求。不仅如此,这种膜还具有良好的声学性能,可以有效地消除回声,避免了其他膜材、或硬质层顶所产生的噪声,同时,它还具有自清洁功能,可是灰尘不易附在其表面,雨水能冲刷掉表面的附着物,清洁周期大约问3年。这种材料的另一个优点是,可在现场预制薄膜气泡,方便施工和维修,加上成本合理,使其极具竞争力。ETFE膜使用寿命为25~35年,是用于永久多层可移动屋顶结构的理想材料,达到B1、DN4102防火等级标准,燃烧时也不会滴落,ETFE膜完全为可再循环利用材料,可再次利用生产新的膜材或者分离杂质后生产其他ETFE产品。能够在-70~230摄氏度的温度下使用,且材料难燃,ETFE膜还具有其独特的光学性能,白天入射光线成为天然漫射光,防止炫目,无阴影,光线均匀分布,几乎无紫外线透过,防止了内部装饰材料和设计的褪色。夜间高反射性能使空间具有卓越的照明效果。

       综上所述,膜结构的突出特点之一就是它的形状的多样性,曲面存在着无限的可能性。采用一般结构的建筑物,其形状往往是先由建筑师确定。膜结构则不同,首先它的变形比一般结构的要大些,其次它的形状是在施工过程中逐步形成的,需要结构工程师的参与,对于气承式空气膜结构来说,充气之后的曲面主要是圆球面和圆柱面,可能没有太多的选择余地,而对于以索或骨架支撑的膜结构,其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化,也就是说,膜结构设计打破了传统的“先建筑,后结构”做法,要求建筑设计与结构设计紧密结合。要确定在初始荷载下结构的初始形状,即结构体系在膜自重与预应力作用下得平衡位置。在初步设计阶段,先按建筑要求设定大致的几何外形,然后对膜面施加预应力使之承受张力,其形状也相应改变,经过不断调整预应力,最后就可得到理想的几何外形和应力分布形态。因此,在设计过程中,建筑师和结构工程师要一同确定建筑的形态,并进行必要地计算分析。这时,所设计建筑物的形状,里面要求,支点设置、材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素,一个完美的设计也就是上述矛盾统一的过程。


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