膜結(jié)構(gòu)幕墻的應(yīng)用
發(fā)布時間:2015年4月3日 點擊數(shù):17842
膜結(jié)構(gòu)幕墻是膜結(jié)構(gòu)在建筑外圍護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,具有膜結(jié)構(gòu)的共同特性和優(yōu)點:膜結(jié)構(gòu)是一種非傳統(tǒng)的全新結(jié)構(gòu)方式。充溢張力且富于變化的曲面,自在靈敏的大空間,透明、半透明膜材所構(gòu)成的亮堂而又溫和的室內(nèi)環(huán)境,桅桿、拉索、精致的金屬節(jié)點等所表現(xiàn)的富有現(xiàn)代氣息的結(jié)構(gòu)技術(shù),這些特征使膜結(jié)構(gòu)為人們提供了有別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全新視覺感受,為建筑設(shè)計(包括建筑環(huán)境設(shè)計)提供了史無前例的寬廣空間和許多新的可能性。
膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計也懸殊于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。柔性的膜材僅當賦予恰當預張力時才具有肯定的外形和抵御外荷載的剛度,才真正成為結(jié)構(gòu),因而初始形態(tài)剖析在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有根本意義。裁剪剖析是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中又一個特殊問題:膜結(jié)構(gòu)的曲面外形普通來說是不可展的,裁剪剖析就是請求在平面膜材上合理放樣,以盡可能準確地擬合空間曲面上的相應(yīng)條塊。而且,膜結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)剖析和裁剪剖析不只是單純的力學問題或技術(shù)問題;其初始形態(tài)剖析與建筑外型密不可分,而膜材拼縫構(gòu)成的圖案經(jīng)常是重要的室內(nèi)裝飾手腕和表現(xiàn)內(nèi)部空間的有力工具。所以膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計從一開端就請求建筑師與結(jié)構(gòu)工程師嚴密配合、互相協(xié)作。事實上,這種新穎體系的建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計是統(tǒng)一的整體,應(yīng)當是分離在一起同時停止并完成的。
膜結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)幕墻的開展依賴于膜材的技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)開展,從歷史上來看,材料技術(shù)的累計為建筑學帶來越來越多的創(chuàng)意,也帶來無窮無盡的高請求。從現(xiàn)代主義到后現(xiàn)代主義,再到解構(gòu)主義建筑理論,以至所謂混沌理論,無不例外地請求材料反動,而每次材料反動又給建筑學添上更多的新創(chuàng)作語匯。
從建筑顏色學來看,透過建筑立面的顏色或本性看室內(nèi)的顏色,從亮到暗或從暗到亮,建筑師可依據(jù)層次深淺規(guī)劃,顏色的冷暖布置,晝夜光源方向的異同,取得本人想得到的建筑光學顏色效果。
從建筑美學來看,隨著人們對建筑美的認識和把握,從不同角度推進了建筑的發(fā)明和開展。良好的環(huán)境能激起人的美感,良好的環(huán)境亦能給人們認同感、親切感、指認感、文化性和順應(yīng)性等不同的心理感受。材料技術(shù)的進步能夠刺激建筑創(chuàng)作藝術(shù)中的異端肉體,常常能夠把這種異端不合理的設(shè)計,經(jīng)過運用新材料后變?yōu)楹侠砘2捎酶碌氖┕まk法,能夠完成這種異端設(shè)想。
幕墻膜結(jié)構(gòu)的膜材料
常用織物膜材包括:
(1)PVC 膜材:聚氯乙烯(PVC)涂層和聚酯纖維基層復合物
(2) PTFE 膜材:聚四氟乙烯(PTFE)涂層和玻璃纖維基層復合物。
(3)加面層的PVC 膜材:在PVC 膜材表面涂覆聚偏氟乙烯或聚氟乙烯。
ETFE 箔片膜材:高強度箔片膜材都是由氟塑料制造的,它也可和織物膜材一樣施加預拉力,它有很高的透光率、自潔性和防老化性,ETFE 箔片膜材近年在建筑幕墻和屋頂較多采用。
ETFE材料的是優(yōu)秀的環(huán)保材料:
ETFE的化學名為乙烯-四氟乙烯共聚物。 它是從海水中提煉 出來的。由25%的乙烯和75%的四氟乙烯組成。它是屬于PTFE氟聚合體的家族的產(chǎn)品。 ETFE是一種含氟高分子,熱塑型材料,有極抗化學性,機械強度高;耐候性、耐熱性、耐燃性好;幾乎對所有的化學品不發(fā)生反應(yīng);直接曝露于陽光、雨水或廢氣中沒有損耗或變形,長時間曝露于戶外特性并無改變。ETFE膜材是通過擠壓ETFE顆粒而成的。膜材常見厚度 (從 50 μm到 300 μm),重量很輕。
這些性能決定了ETFE膜結(jié)構(gòu)的良好的使用壽命和應(yīng)用范圍
香米 |
單位 |
PVDF |
PTFE |
ETFE |
設(shè)計使用年限 |
年 |
15~20 |
>25 |
>25 |
耐火等級 |
- |
B1(難燃) |
A(不燃) |
B1(難燃) |
常用膜材厚度 |
mm |
0.50~1.25 |
0.35~1.10 |
0.10~0.30 |
抗拉強度(徑向/緯向) |
kN/m |
114 / 108 [1] |
183 / 167 [2] |
45 [3] |
破斷延伸率(徑向/緯向) |
% |
24 / 30 [1] |
3~10 / 6~15 [2] |
400 [3] |
計算彈性模量(徑向/緯向) |
kN/m |
475 / 360 [1] |
3000 / 1200 [2] |
225 [3] |
安全系數(shù) |
- |
5.0 |
5.0 |
~3.5 |
透光率 |
% |
4.7 |
12 ± 3 |
20~94 [3] |
常用品牌 |
- |
米勒(Mehler)
法拉利(Ferrari)
杜肯(Verseidag)
|
中興化成(Chukoh) 圣戈班(Saint Gobain) 杜肯(Verseidag) |
旭硝子(Asahi) 德國 Nowofol。 |
ETFE 膜為現(xiàn)代建筑幕墻和屋頂提供了一個嶄新的面材。由這種膜材制成的屋面和墻體,質(zhì)量輕,只有同等大小的玻璃質(zhì)量的1%;韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂,延展性大于400%;耐候性和耐化學腐蝕性強,熔融溫度高達200℃,并且不會自燃,可以加工成任何尺寸和形狀,可滿足大跨度要求,節(jié)省了中間支撐結(jié)構(gòu),可以設(shè)計出簡潔高雅的結(jié)構(gòu);
作為一種充氣后使用的材料,它可以通過控制充氣量的多少,對遮光度和透光性進行調(diào)節(jié),有效地利用自然光,節(jié)省能源;在提供了良好的透光度的同時,也兼有保溫隔熱性能;質(zhì)量輕,可以根據(jù)需要滿足通風透氣、自然采光的需求;
不僅如此,這種膜還具有良好的聲學性能,可有效消除回聲避免了玻璃層頂產(chǎn)生的噪音;具有的自清潔功能,使灰塵不易附在其表面。這種材料另外的一大優(yōu)點就是可在現(xiàn)場預制成薄膜氣泡,方便施工和維修;近年來,由ETFE 制成的膜材料替代傳統(tǒng)的玻璃和其它高分子采光板用于大型建筑物的屋面或墻體,顯示出無可比擬的優(yōu)勢。
廣州南站EYFE膜材氣枕采光屋面
膜結(jié)構(gòu)幕墻系統(tǒng)分類
幕墻的膜結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式可分為3 類:骨架式膜結(jié)構(gòu)幕墻、
張拉索膜結(jié)構(gòu)幕墻、
充氣膜結(jié)構(gòu)幕墻。
雖然預張力對骨架式膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)的影響不及張拉膜,但也必須引入足夠大的張力,保證結(jié)構(gòu)受力特性,避免在風荷載作用下膜面發(fā)生較大震動,導致松弛膜面凹陷。骨架一般暴露于膜內(nèi)側(cè),而且膜的透光性更加突顯骨架的室內(nèi)視覺效果,因此,骨架的布置、形式、材料、節(jié)點等是設(shè)計考慮的重點,要力求簡潔、美觀。
骨架式膜結(jié)構(gòu)幕墻是采用單層膜結(jié)構(gòu),靠膜材經(jīng)過張拉面產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力來抵御外部荷載,膜材可以是ETFE 膜,也可是PVC 或PTFE 膜。
ETFE 張拉膜一般不采用在其周邊設(shè)置鋼索并通過鋼索使膜張緊的形式,而是把單層ETFE 膜切割制成所需的形狀,并在其周邊設(shè)置邊繩,用專用的鋁合金夾具夾持住,通過在周邊的夾具上施加拉力,使膜材充分張緊,靠膜材內(nèi)部的預應(yīng)力來抵御外部荷載。由于ETFE 抗拉強度較低,不能施加過大的預緊力,抵御外部荷載的能力也就較差,因而一般不采用過大規(guī)格的膜單元, 特殊情況下必須采用較大的規(guī)格時,膜結(jié)構(gòu)單元一般采取中部加強的方式,用鋼梁或鋼索將其分割成若干個較小的單元。在相同荷載條件下,不采用其它的加強措施,ETFE 膜材利用充氣形式可做成較大面積的氣枕,有的甚至達上百平米,而采用張拉形式,由于膜材的抗拉強度比PTFE 膜材要低,因而施加的預應(yīng)力不能過大,承受外部荷載的能力有限,其單塊面積也會受到一定的限制。
在國外ETFE 張拉膜的工程應(yīng)用很多,但規(guī)模都不大,而在我國的應(yīng)用就是國家體育場———鳥巢,當時有的膜單元面積達到一百余平米,而建筑師又不希望在主鋼結(jié)構(gòu)中間劃分出若干個小格子,影響外視效果,因而需要對膜結(jié)構(gòu)加強,經(jīng)過研究和反復的試驗, 創(chuàng)造性的在膜背面加設(shè)了鋼梁和鋼索,并采用特殊的技術(shù)將不銹鋼索與ETFE 膜材復合在一起,共同承受外部正負方向的風荷載和雪荷載,不銹鋼索固定在與其垂直交叉的鋼梁上, 鋼梁和鋼索都隱藏在膜的后面,外觀不可見,實現(xiàn)了預期的外視效果。一般來說,ETFE 膜材如果采用張拉形式,其應(yīng)用范圍受到一定的限制,但是是開敞式的沒有保溫要求的建筑除外
張拉式膜結(jié)構(gòu)幕墻
建筑中使用的膜結(jié)構(gòu)主要為張拉式索膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng),顧名思義,張拉索膜結(jié)構(gòu)是通過張拉使膜的內(nèi)部產(chǎn)生一定的預應(yīng)力,以抵御外界的風荷載和其它荷載,同時使膜變形成為所需要的形狀。張拉膜是依靠膜材自身的張拉力和特殊的幾何形狀構(gòu)成的穩(wěn)定的承力體系。膜只能承受拉力而不能受壓和彎曲,其曲面穩(wěn)定性是依靠相互反向的曲率來保障,因此需制作成凹凸的空間曲面,故習慣上又稱空間膜結(jié)構(gòu)。張拉膜結(jié)構(gòu)通常是沿著膜的邊緣布設(shè)鋼索,在鋼索上施加拉力,鋼索帶動膜張緊、成型,并產(chǎn)生足夠的預應(yīng)力,因而稱其是張拉式索膜結(jié)構(gòu)。如果膜的面積過大,膜自身無法承受預期的荷載,則可在膜的中間增設(shè)加強鋼索,以提高其抗風載能力。張拉式索膜結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要制成任意復雜曲面形狀,體現(xiàn)自然流暢之美,并有多種顏色的膜材可選,以適應(yīng)周邊的環(huán)境,滿足建筑效果要求,而且膜結(jié)構(gòu)重量輕,一般不需要太龐大的支撐結(jié)構(gòu),這是其它建筑材料無法比擬的優(yōu)勢。
充氣膜結(jié)構(gòu)幕墻
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膜結(jié)構(gòu)幕墻的應(yīng)用膜結(jié)構(gòu)幕墻是膜結(jié)構(gòu)在建筑外圍護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,具有膜結(jié)構(gòu)的共同特性和優(yōu)點:膜結(jié)構(gòu)是一種非傳統(tǒng)的全新結(jié)構(gòu)方式。...
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膜結(jié)構(gòu)屋面的應(yīng)用屋蓋是房屋最上部的圍護結(jié)構(gòu),應(yīng)滿足相應(yīng)的使用功能的要求,為建筑提供適宜的內(nèi)部空間環(huán)境。屋蓋也是房屋頂部的承重結(jié)構(gòu),受到材...
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膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用于環(huán)保工程隨著我國國民經(jīng)濟飛速發(fā)展和市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全面展開,特別是污水處理廠等環(huán)保項目日益增多,其中有相當數(shù)量的污水處理廠的厭氧...
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膜結(jié)構(gòu)在污水處理廠中相當數(shù)量的污水處理廠的厭氧池、污泥濃縮池、生物絮凝池等建于居民區(qū)、廠區(qū)的周邊,污水池的環(huán)境、風貌及污水臭味等直接影響人們...