膜结构（精选8篇）
篇1：膜结构
膜结构车棚搭建什么材料合适？膜结构车棚的制作是
什么？
我们每个人都会有一个温暖的港湾，那就是我们的家。在我们的家里我们可以感受到温暖，可以得到父母亲人的呵护，我们可以避免伤害。对于我们的爱车来说，他们同样也是需要我们的爱护与珍惜，它也是需要一个温暖的港湾带给它温暖，给它以保护。那么对于我们的爱车来说它的港湾又是什么呢?毫无疑问，一定是它的车棚，车棚可以给它们避风遮雨，躲避严寒酷暑，那么对于车棚，我们都知道膜结构车棚它的使用性能是非常好的，很受大家的欢迎，那么膜结构车棚制作是怎样进行的呢?今天我为大家简单介绍一下膜结构车棚制作的过程及其注意事项。
车棚的搭建都是有什么材料比较适合
我们知道现在搭建车棚的时候，往往其现在对于材料有着很大的要求，之所以这样，就是因为它不但要达到实用性、美观性，同时另外还要达到多种性能，现在的车棚选择上面，那么现在适应搭建车棚的材料都是有哪些呢，其实最为常用的可以有三种材料，即是钢结构、膜结构、不锈钢等。
这三种材料，都能够满足车棚的各种需要，首先我们要知道其要有防雨、遮光的性能，而这三种材料，也完全可以达到其要求，再有就是其通风性，而这自然要达到要求。
虽然一个车棚是一个简单的形式存在，但是随着现代车棚不但达到了一定的技术性，同时也达到了很强的艺术型，所以现在有很多客户在搭建车棚的时候，往往也都是想让其长期存在的，所以必须要有其牢固性，我们所说的这三种材质也完全能达到这样的要求，任何一个材质都能够达到十几年以上的寿命。当然，这些也只是现代车棚材质的最基本性能，另外它还有着很强的防火性我们知道，车棚一个极易燃的地方，而如果其防火性能达不到，也不是一个很好的车棚材质。
对于膜结构车棚制作的过程我做如下简单的介绍。
首先，我们应该请相关专业的工作人员对进行建造车棚的位置进行考察分析，记录并对相关的数据做出分析，同时也是应该对建造的地理位置进行专业的分析。其次就是应该使用专业的制图软件绘制出相关的绘图，然后在根据实际的测量数据绘制出相关的图纸，然后在根据这些数据分析购 买这些相关的器材设备，购买性能比较好的材料来进行膜结构车棚制作。膜结构车棚制作的过程中应该注意很多的方面。首先呢，应该注意测量数据它的精密度，对数据分析时的准确性。再就是在膜结构车棚制作时一定要选择比较好的阳光板来封顶，从而达到对停靠的车辆良好的保护，保护其不受到阳光的洗礼。同时还具有防腐蚀的特性。另外在膜步结构选择时也一定要非常的谨慎，膜布它的决定因素是在膜结构车棚制作时颜色的选择，厚度来共同决定的，所以在这两个方面一定要认真选择。
亲们，不知道通过我的简单描述你对膜结构车棚制作是否又有了新的认识?临朐源全膜结构工程有限公司是一家集膜结构设计开发、加工制造、施工安装、维护于一体的高新技术工程公司。公司主要生产：景观膜结构、膜小品系列、停车棚系列、体育看台系列、膜结构加油站、网架系列。我公司开发的膜结构建筑风格独特，艺术性强，具有浓厚的现代气息，广泛应用于体育场馆、高速公路收费站、加油站、大型停车场、博览会展厅、公共场所、休闲场所、景区装饰等。工程全部采用进口膜材，产品制造严格按照国际IS09001质量体系标准控制。公司业务遍及全国各地，高标准的工程质量得到了广大客户的广泛赞誉。
公司本着“以诚为本、以质取胜、实现双赢”的经营理念，建立完善质量监控体系，严格按国家标准和技术规范组织设计、制作、安装。公司以严谨的施工组织，先进的制作安装工艺，过硬的施工队伍，可靠的信誉保障，在质量、价格、服务上占有绝对的竞争优势。
整个膜结构车棚的制作过程要求是非常缜密的，要分析制作过程中的每一个数据，分析它的地理位置，要实现真正的量身定制，更好的服务于广大顾客朋友。
篇2：膜结构
膜结构设计主要分成以下四大部份：
1、膜材料的组成和分类
2、膜结构的形状确定
3、膜结构的荷载分析
4、膜结构的裁剪分析
1、膜材料的组成和分类
通俗地讲，膜材就是氟塑料表面涂层与织物布基按照特定的工艺粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料涂层有PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等。织物布基主要用聚酯长丝（涤纶PES）和玻璃纤维有两种。
膜材的粘合就是将涂层与基材合二为一组成整体。建筑结构所用的膜材大多是以压延成型和涂刮成型的。所谓压延成型，就是将选定的软PVC经塑炼后投入压延机，按照所需厚度、宽度压延成膜，立即与布基粘合，再经过轧花、冷却即可制得压延膜材。而涂刮成型，则是将聚氯乙烯糊均匀地涂或刮在布基上，再加热处理即可获得涂刮膜材，普遍的是采用刮刀直接涂刮，也有采用辊式涂刮的。
根据表面涂层（Coating）和织物基材（Layer）不同，膜材料分为三大类：
（1）A类膜材是玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂（PTFE），这种膜材的化学性能极其稳定，露天使用寿命达25年以上，为不燃材料（通过A级防火测试）。
（2）B类膜材料是玻璃纤维布基上敷硅酮涂层，由于膜材自身性能欠佳，现在基本不再使用。
（3）C类型膜材料是聚酯长丝布基上涂聚氯乙烯树脂（PVC），这种膜材受自然条件如日晒雨淋等影响较大，一般使用寿命为至，是难燃材料（通过B1级防火测试）。
1.3膜材料的性质
膜作为继木材、砖石、金属、混凝土之后的第五代建筑结构材料，具有显著的自身特性。第一代木材和第三代钢材拉压性能均良好，第二代砖石和第四代混凝土则只具备良好的抗压能力，作为第五代的膜材料则只能
受拉，没有承压和抗弯曲能力，这是膜的最本质的特征。具体地讲，膜材的主要特征如下：
（1）拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸强度（TensionnStrength）、拉伸模量
（ModulusofElasticity）和泊松比（Poisson?sRatio）三个力学指标。膜材本身不能受压也不能抗弯，但具有很高的拉伸强度，所以要使膜结构正常工作就必须引入预拉力、并形成互反曲面。通常膜材料的拉伸强度都可达100MPa以上。
模材应力-应变关系是非线性的，一般采用切线模量作为弹性模量，膜材的弹性膜量约为钢的1/3左右。膜材的泊松比，即横向变形特征，约为0.2左右。由于膜是双向受力结构，设计时必须以膜材的双轴拉伸实验确定膜的弹性膜量及泊松比。
（2）撕裂强度
膜材是张拉结构材料，其撕裂破坏比受拉破坏要严重很多，所以撕裂强度和抗撕裂性能非常重要。PVC涂覆聚酯长丝织物具有中等的撕裂强度，PTFE涂覆玻璃纤维的材料具有较高的撕裂强度。
（3）正交异向性
张拉膜结构曲面需要经向和纬向两个主轴方向反向曲率来保证，一个方向的曲率向下凹，另一个方向必须向上凸。传统膜材基材是由经p纬向纱线编织而成，因而呈现很强的正交异性性能，经纬向变形能力相差达3-5倍之多。
（4）蠕变和松弛
蠕变和松弛是膜材的另一个重要特性，也是膜起皱和失效的重要原因，在裁剪分析和加工时需要考虑这个因素。聚酯长丝织物在使用的头十年里就会因为蠕变丧失50%的预张拉力，相反，玻璃纤维织物要稳定很多。
（5）非力学性质：安全方面的性质，如耐久性、防火性能、防雷性能等；非安全方面性质，如隔音或音响性能、自洁性能等等。
由于膜结构的造型要求和膜材自身特性的原因，膜结构设计与其它结构有很大的不同。膜结构设计包括形状确定（“找形”，FormFinding）、荷载分析（LoadingCaseAnalysis）和裁剪分析（CuttingPattern）等三方面内容，下面分别论述。
2、膜结构的形状确定
膜结构的形状确定问题就是确定初始状态的问题，在许多专著上被称为“找形”（FormFinding）。膜结构的形状确定问题有两种类型：
（1）给定预应力分布的形状确定问题：预先假定膜结构中应力的分布情况，在根据受力合理或经济原则进行分析计算，以得到膜的初始几何状态。
（2）给定几何边界条件的形状确定问题：预先确定膜结构的几何边界条件，然后计算分析预应力分布和空间形状。
肥皂泡就是最合理的自然找形的膜结构。最初的找形正是通过皂膜比拟来进行，后来发展到用其他弹性材料做模型，通过测量模型的空间坐标来确定形状，对于简单的外形也可以用几何分析法来确定，膜结构找形技术的真正发展来自计算机有限元分析方法的发展。为了寻求膜结构的合理的几何外形，需要通过计算机的多次迭代才能得到。
常用的计算机找形方法有：力密度法、动力松弛法、有限元法。
1.力密度法
索网结构中拉力与索长度的比值定义为力密度（ForceDensity）。力密度法（ForceDensityMethod）是由Linkwitz及Schek提出来的，原先只是用于索网结构的找形，将膜离散为等代索网，后来，该方法被用于膜结构的找形。把等代为索的膜结构看成是由索段通过结点相连而成，通过指定索段的力密度，建立并求解结点的平衡方程，可得各自由结点的坐标。 不同的力密度值，对应不同的外形。当外形符合要求时，由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。力密度法也可以用于求解最小曲面，最小曲面时膜内应力处处相等，肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。实际上的最小曲面无法用计算机数值计算方法得到，所以工程上常采用指定误差来得到可接受的较小曲面。
力密度法的优点是只需求解线性方程组，其精度一般能满足工程要求。用力密度法找形的软件有德国EASY（EasyForm）、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
2.动力松弛法
动力松弛法（DynamicRelaxationMethod）第一文库网是一种专门求解非线性系统平衡状态的数值方法，他可以从任意假定的不平衡状态开始迭代得到平衡状态，最早将这种方法用于索网结构的是Day和Bunce，而Barnes则成功地应用于膜结构的找形。
力密度法只是从空间上将膜离散化，而动力松弛法从空间和时间两方面将膜结构体系离散化。空间上的离散化是将结构体系离散为单元和结点，并假定其质量集中于结点上。时间上的离散化，是针对结点的振动过程而言的。初始状态的结点在激振力作用下开始振动，这时跟踪体系的动能；当体系的动能达到极值时，将结点速度设置为零，跟踪过程重新开始，直到不平衡力为极小，达到新的平衡为止。
动力松弛法最大特点是迭代过程中不需要形成刚度矩阵，节约了刚度矩阵的形成和分解时间，并可在计算过程中修改结构的拓扑和边界条件，该方法用于求解给定边界条件下的平衡曲面。其缺点是迭代步骤往往很多。用动力松弛法找形的软件有英国InTENS、新加坡WinFabric、英国Suface等。
3.有限单元法
有限单元法（FiniteElementMethod）最初是用来计算索网结构的非线性迭代方法，但现在已成为较普遍的索膜结构找形方法。其基本算法有两种，即从初始几何开始迭代和从平面状态开始迭代。显然，从初始几何开始迭代找形要比从平面状态开始来得有效，且所选用的初始几何越是接近平衡状态，计算收敛越快，但初始几何的选择并非容易之事。两种算法中均需要给定初始预应力的分布及数值。在用有限元法找形时，通常采用小杨氏模量或者干脆略去刚度矩阵中的线性部分，外荷载在此阶段也忽略。 有限元迭代过程中，单元的应力将发生改变。求得的形状除了要满足平衡外，还希望应力分布均匀，大小合适，以保证结构具有足够的刚度。因此，找形过程中还有个曲面病态判别和修改的问题，或者叫形态优化（包括几何形态优化、应力形态优化和刚度形态优化等）。用有限元法找形的软件有澳大利亚FABDES等。
经过找形确定的结构初始形状满足了初应力平衡条件并达到预想的形状，但其是否满足使用的要求，还必须进行荷载效应分析。
3、膜结构的荷载分析
膜结构的荷载分析是在形状分析所得到的外形与初始应力分布的基础上进行的，检查结构在各种荷载组合下的强度、刚度是否满足预定要求的过程。
膜结构的找形有不同的理论方法，但荷载分析基本上都采用非线性有限元法（NonlinearFiniteElementMethod），即将结构离散为单元和结点，单元与单元通过结点相连，外荷载作用在结点上，通过建立结点的平衡方程，获得求解。
由于索膜结构是大变形问题，在推导有限元方程时，需考虑位移高阶项对应变的影响，即考虑几何非线性。当然，膜材本身也是非线性的，在工程应用上时，材料的非线性问题一般不予考虑。
1.风荷载作用
膜结构区别于传统结构的两个显著特点是轻和柔。轻，意味着结构自身重量和惯性力小，自重不是主要荷载，地震力可以忽略不计，而风是主要荷载；柔，意味着结构无抗弯刚度，结构对外荷载的抵抗是通过形状改变来实现的，表现出几何非线性特征。膜结构的特点决定了膜结构是风敏感结构，抗风设计在膜结构设计中处于主要地位。
膜结构轻、柔、飘的显著特点决定了膜结构抗风计算的内容也有自身特点。
（1）静风压体型系数的确定
风荷载体型系数是描述风压在结构上不均匀特征的重要参数，一般结构的体形系数可以从荷载规范查得。但膜结构形状各异，不能从荷载规范直接获得风压体型系数。所以，较大的膜结构基本都要求进行风洞试验，
以获得比较正确的膜结构的局部风压净压系数和平均风载体形系数。由于风洞试验要满足一系列的相似准则，如几何相似、雷诺数相似等，通常要完全满足这些相似条件是不可能的，因此风洞模拟实验结果有时会超过实测值很多。
（2）脉动风压系数的确定
膜结构在荷载作用下的位移较大，结构位形的变化会对其周围风场产生影响，所以膜结构的风动力响应过程是流固耦合过程。这种动力过程的风洞试验必须采用气动弹性模型，因此实现起来技术难度较大。近年来发展的“数值风洞”技术受到越来越多的重视。这种技术简单的说就是将计算流体力学（CFD）和计算结构力学（CSD）技术结合起来，用计算流体力学来模拟结构周围的风场，用计算结构力学来模拟膜结构，再借助某些参数的传递来实现两者之间的耦合作用，不过，该方法还处试验阶段。
（3）风振动力分析
风力可分成平均风和脉动风两部分。平均风的周期较长，其对结构的作用性质相当于静力。脉动风的周期较短，其对结构的作用为动力性质。当结构的刚度较小，自振频率较低时，在脉动风荷载的作用下可能产生较大的变形和振动，所以在设计索膜这类小刚度结构时，应进行风振动力计算。索膜结构具有振型频谱密集、非线性特征和三维效应不可忽略等特点，针对高层和桥梁结构的风振分析方法不能直接应用。索膜结构的响应与荷载呈非线性关系，对于索膜结构定义荷载风振系数或阵风系数在理论上也是不正确的.。
（4）空气动力失稳
膜结构是风敏感结构，存在空气动力失稳（AerodynamicInstability）的问题。从本质上看，结构空气弹失稳是由于结构在振动过程中从与气流的振型耦合中吸收能量，当吸收能量大于耗散能量时，就会产生能量累积，当这种能量累积达到某一阀值（临界风速）后，结构就会从一种低能量（稳定）的振动形式跃迁到另一种高能量（不稳定）的振动形式上去。所以，膜结构存在设计风速作用下的动力失稳问题，幸运的是至今还没有这方面破坏的膜结构实例。
2.膜面褶皱问题
结构上的褶皱（Drape）是指因膜面在一个方向上出现压应力导致膜材屈服而产生的褶皱现象，而结构松弛是指膜面在两个方向上都呈现无张力状态，故松弛的膜面不能承受任何荷载。褶皱判别的两种方法：（设拉为正、压为负）
（1）应力准则：若主应力σ2>0，膜元是张紧的；若σ20，膜元是褶皱的；若σ1
（2）应变准则：若ε2>0，膜元是张紧的；若ε20，膜元是褶皱的；若ε1
（1）修改单元刚度：减小褶皱单元对结构总体刚度的贡献，即修改褶皱单元的刚度矩阵，从而减小自身的实际荷载分担，结果是增加了相临单元的负担。
（2）修改结构刚度：回到找形阶段，对曲面进行修正，即通过修改局部区域的边界条件或调整预应力的方法来修正结构的刚度。
常用的膜结构几何非线性荷载分析软件有：美国ANSYS，德国EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英国InTENS等等。
4、膜结构的裁剪分析
上面已经提到，膜结构的分析包括三大方面内容，即形状确定（FormFinding）、荷载分析（LoadingCaseAnalysis）和裁剪分析
（CuttingPattern）。裁剪分析，就是将由找形得到并经荷载分析复核的空间曲面，转换成无应力的平面下料图。裁剪分析包含三个步骤：
（1）空间膜面剖分成空间膜条
膜结构是通过结构来表现造型，空间膜面在剖分成膜条时，要充分考虑膜条的边线即热合缝对美观的影响；同时膜材是正交异性材料，为使其受力性能最佳，应保证织物的经、纬方向与曲面上的主应力方向尽可能一致；此外，用料最省、缝线最短，也是进行膜面剖分必须考虑的因素。
（2）空间膜条展开成平面膜片
空间膜条展开成平面膜片，即将膜条的三维数据转化成相应的二维数据，采用几何方法，简单可行。但如果膜条本身是个不可展曲面，就得将膜条再剖分成多个单元，采用适当的方法将其展开。此展开过程是近似的，为保证相邻单元拼接协调，展开时要使得单元边长的变化为极小。
（3）应力状态转化到无应力状态
从应力状态到无应力状态的转化，即释放预应力、进行应变补偿。膜结构是在预应力状态下工作的，而平面膜材的下料是在无应力状态下进行的，为确定膜材的下料图，需对膜片释放预应力，并进行应变补偿。这里的补偿实际上是缩减，在此基础上加上热合缝的宽度，即可得膜材的下料图。
上述过程，即为裁剪分析。
1.测地线裁剪法
裁剪分析与找形技术的产生及发展过程极为相似，都是从测量实物模型开始的，对于简单规则的可展曲面，可直接利用几何方法将其展开。现代概念上的裁剪分析，主要还是依赖于计算机技术的发展而发展的。在此过程中，产生了许多方法，如测地线法、有限元法、优化分析法，等等。下面介绍被广泛应用的测地线法（GeodesicLineMethod）。
测地线又称短程线，是大地测量学的概念，其通常被理解为：经过曲面上两点并存在于曲面上的最短的曲线。所以用测地线作裁剪分析，就是以测地线来剖分空间膜面。这样做的好处是热合缝最短、用料较省，但热合缝的分布及材料经、纬方向的考虑不易把握。
求曲面上的测地线的问题，实际上是一个求曲面上两点间曲线长度之泛函极值的问题。由于膜结构几何外形的新奇多变，也就无法得到曲面上两点间曲线长度的泛函的显式，所以通常是求极值确定测地线上的若干点，再用线性插值的方法求中间点，从而求得测地线。
有了测地线就可以确定裁剪线：直接以测地线为裁剪线或从一条测地线向另一条测地线作垂线，以垂线中点的连线作为裁剪线。
2.应变补偿
膜结构是在预张力作用下工作的，而膜材的裁剪下料是在无应力状态下进行的，因而在确定裁剪式样时，有一个对膜材释放预应力、进行应变补偿的问题。影响膜材应变补偿率的因素可归纳为以下几个方面：
（1）膜面的预应力值及膜材的弹性模量和泊松比，这是影响应变补偿率的最直接因素。
（2）主应力方向与膜材经、纬向纤维间的夹角，这一问题变的重要是因为膜材是正交异性材料。
（3）热合缝及补强层，热合缝及补强层的性能不同于单层膜，其应变补偿应区别对待。
（4）环境温度及材料的热应变性能，尤其是双层膜结构环境温度相差较大时，要特别注意。
在荷载分析中，在每一荷载增量步中对所有的单元进行逐一判别，如发现褶皱单元，可按以下方法处理：
（1）修改单元刚度：减小褶皱单元对结构总体刚度的贡献，即修改褶皱单元的刚度矩阵，从而减小自身的实际荷载分担，结果是增加了相临单元的负担。
（2）修改结构刚度：回到找形阶段，对曲面进行修正，即通过修改局部区域的边界条件或调整预应力的方法来修正结构的刚度。
常用的膜结构几何非线性荷载分析软件有：美国ANSYS，德国EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英国InTENS等等。
篇3：建筑膜结构简介
1 膜结构发展史
真正意义上的现代膜结构是在20世纪50年代出现的。美国的沃尔特·伯德(Watler.Bird)在1946年为美国军方设计制作的球形充气雷达罩,1957年为自己家游泳池罩上的充气膜,德国建筑师佛赖·奥托(Frei Otto)在1955年、1957年分别为两届德国联邦园艺博览会设计的临时音乐台和场馆入口挑篷及音乐台均是这一时期里程碑式的膜结构建筑[1]。但谈及现代膜结构大量展现在世人面前并风靡于世,则不得不叙述一下1970年在日本大阪举行的万国博览会。本次博览会上的美国馆是一个空气支承膜结构。这个建筑物的蒙皮采用了先进的复合材料——建筑织物。大阪博览会之后,作为临时性建筑的美国馆虽已拆除,但膜结构的建筑技术却逐渐推广应用到永久性的建筑上[2]。
随后,膜结构建筑如雨后春笋般在各地涌现,比较有代表性的有:1981年的沙特阿拉伯哈吉(Haj)国际航空港;1985年的沙特阿拉伯利雅德(Riyadh)皇家体育场(见图1);1992年建成的日本熊本公园体育馆以及1993年的美国丹佛国际机场候机大厅等(见图2)。值得一提的是丹佛国际机场候机大厅屋顶由双层PTFE膜材构成,中间间隔600 mm,以保证大厅内温暖舒适并且不受飞机噪声的影响。同时该工程也被看作寒冷地区大型封闭张拉膜结构的成功范例[1]。
膜结构在其发展过程中出现了如下3种结构形式:张拉膜结构(Tension Suspension Structure),充气膜结构(Pneumatic Structure)和骨架膜结构(Frame Supported Structure)。
2 膜结构在中国的发展
20世纪80年代,国内学者开始关注膜结构理论。1994年,我国第一个膜结构专业公司成立;1995年,在北京顺义建成我国能见到的为数不多的充气膜结构——北京顺义武警招待所游泳馆充气膜结构;1997年上海第八届全运会的八万人体育场(见图3),看台挑篷采用了以悬挑钢桁架支承的膜结构,这标志着中国的膜结构开始走向规模建设[2]。而直到建成于2000年的青岛颐中体育场罩篷膜结构工程,才是由国内自行设计、施工的第一个大型膜结构工程项目[4]。华北的秦皇岛体育馆是第一个采用双层膜的工程(见图4)。
随后几年,膜结构在中国经历了一个飞速发展期,膜结构的建设以平均每年20%的速度增长[2]。其中较为著名的有:芜湖市体育场,覆盖面积20 700 m2;义乌市体育场膜结构篷盖总覆盖面积约16 000 m2;威海市体育中心体育场,覆盖面积达到15 300 m2等。在此期间还有大量的演出、展览场馆及会所等建成使用。2003年建造的膜结构约为180 000 m2。2004年开始运营的广州新白云机场候机楼采用了膜材作为屋盖的一部分,面积达到了58 000 m2。佛山世纪莲体育中心膜结构屋盖展开面积更是达到了78 000 m2,是目前世界体育建筑中最大的膜结构屋盖。
3 常用膜材
大阪万国博览会上,美国馆采用的是聚氯乙烯(PVC)涂层玻璃纤维膜材,寿命只有7年~8年。PVC膜材料是指在聚脂纤维编织成的基布上涂敷聚氯乙烯(PVC)树脂、氯丁橡胶(CR)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)等涂层(包括贴氟树脂薄膜)而形成的复合材料。为了建设永久性大跨度建筑,70年代初,由盖格(David Geiger)等组成的研究小组在美国福特基金会(Ford Foundation)支持下研制开发了强度更高、耐久性更好的以玻璃纤维为基材涂敷聚四氟乙烯(PTFE,商品名Teflon,特氟隆)的膜材,使膜结构作为永久性建筑成为可能[1]。
PTFE膜材是指在玻璃纤维编织成的基布上涂敷PTFE(聚四氟乙烯)树脂(PTFE树脂的含量在90%以上)而形成的复合材料[5]。一般要求玻璃纤维基布的重量在150 g/m2以上,涂层重量在400 g/m2以上,1 100 g/m2以下,膜材料的厚度在0.5 mm以上。目前世界上最早的PTFE膜材膜结构是1973年建成的美国拉维恩学院学生活动中心[5]。
目前业界比较常用的膜材也是PVC和PTFE这两种织物类膜材。其中,PVC膜材是最早得到应用的,但由于PVC涂层中含有的增塑剂极易向表层迁移,而当该种物质与灰尘或其他污染物粘在一起时,很难用一般清洁剂除去,因此相对于PTFE膜材,PVC膜材的自洁性要差一些。而且PVC膜材的强度特性也比PTFE膜材稍差,因此PVC类膜材多用于临时性结构上。但PVC膜材的生产商们并没有坐等被残酷的现实所抛弃的命运,他们也在纷纷运用科技手段这一安身立命之本来改变PVC膜材所面临的窘境。于是就出现了PVDF(聚偏二氟乙烯)膜材,这种膜材就是为了改善PVC膜材的自洁性而在其表面涂敷了PVDF涂层。再加上这类膜材具有易加工,价格便宜的优点,因此现在国内的常见临时性膜结构大多采用的是PVDF膜材。另外改变PVC膜材自洁性的做法还有在PVC表面粘贴含氟薄膜(如PVF)。这些方法都能改善PVC膜材料的自洁性,特别是在表面粘贴PVF薄膜(氟化乙烯)能大大改善膜材料的自洁性及抗老化性。
由于我国另外一处奥运场馆——国家游泳中心所使用的膜材是ETFE膜材,即乙烯—四氟乙烯共聚物。因此,这种膜材也就更多地进入人们的视线中。
ETFE(Ethylene Tetra Fluoro Ethylene)是一种含氟高分子(fluoropolymer)热塑型(thermoplastic)材料。该种膜材与上述两种膜材最大的区别之一是ETFE不属于织物类膜材,而且ETFE膜材的厚度通常小于0.20 mm。
由于常被做成两层或三层的气垫式,且需要充气及控制设备,ETFE工程的造价折人民币达2 400元/m2~3 000元/m2。但由于ETFE膜材非常轻,支承结构及基础工程的造价可以大大地节省。就整个项目而言,利用ETFE气垫作屋盖比较于利用传统透明材料如玻璃等,其投资节省可达40%~50%。
国际上最早的ETFE工程已有20余年的历史——1983年,由Foiltec公司建造的荷兰Arnhiem公园里的一座建筑。巧合的是,Foiltec公司同样是水立方ETFE膜材施工的承包商。
而最著名的ETFE膜结构建筑要数2001年3月对游人开放的英国伊甸园了。其建筑物覆盖的面积有2 hm2之广,原先预计一年可达75万参观人次,结果才开幕8个月,参观人次就已经超过预期的两倍。新颖奇特的建筑造型以及其所采用ETFE膜材所特有的美丽及迷幻与高科技共同打造了它的成功。
4 结语
在建造膜结构时,要么是为承包商所误导,要么是贪图眼前价格,国内的膜结构除上海八万人体育场、F1赛场看台等少数工程采用使用寿命较长的PTFE外,多采用了PVC类膜材。这一切导致短期内PVC膜材的种种缺陷纷纷暴露,这也更增加了人们对膜结构不应有的指责与偏见。而且,由于中国的膜结构用短短十多年的时间走完了国外膜结构50年的发展历程,也注定在规范膜结构市场和施工队伍、规范行业标准(中国的第一本膜结构规程在2004年才出台)等方面存在种种不足与缺陷。这势必导致膜结构队伍与所建造的工程鱼龙混杂、良莠不齐,这又进一步加速了国内膜结构从高潮走向低谷。但必须看到行业重新洗牌对规范膜结构市场未尝不是好事。
造型轻盈别致、抗震及其他力学性能优越以及具有绿色环保等优点的膜结构在洗尽铅华,真实还原被人们放大或者缩小了的优缺点之后,一定会迎来属于它自己的一片天空。
参考文献
[1]杨庆山,姜忆南.张拉索—膜结构分析与设计[M].北京:科学出版社,2004.
[2]蓝天.膜结构在建筑工程中的应用[J].施工技术,2004(1):28-29.
[3]沈士钊.大跨空间结构的发展——回顾与展望[J].土木工程学报,1998(3):23-24.
[4]赵宇立,张继承.大型索膜结构整体张拉施工的构想与实施[J].施工技术,2000(1):17-18.
[5]唐泽靖子.用于膜结构建筑的膜材料[J].世界建筑,2002(3):28-29.
篇4：膜材料、膜结构及膜结构工程
关键词：膜结构；膜材料；体育场馆；展览建筑；膜结构的类型
中图分类号：TU502文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0195-02
薄膜结构的产生与发展深受Fuller“少费多用”思想的影响，即在建筑中充分发挥材料自身特性，追求着用最少的物质材料建造最大容积的建筑。它迥异于传统的结构，以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面，或利用柔性钢索，或刚性支承结构使膜面产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。
一、膜材料的类型及特点
（一）膜材料的类型
膜结构的发展与膜材料的研发和应用密不可分。常见的膜材有PVC、PTFE、ETFE膜材。目前应用的建筑膜材主要包括涂层织物类膜材和热塑化合物类膜材两大类。
涂层织物类膜材是由高强度纤维织成的基材和聚合物涂层构成的复合材料。其中基层是受力构件，起承受并传递荷载的作用，其品种有聚酯纤维、玻璃纤维等；涂层有聚四氟乙烯（PTFE）、硅酮、聚氯乙烯（PVC）等。
热塑化合物类膜材主要指乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）。
（二）膜材料的特点
膜材料的建筑物理性能主要包括耐候性能、光学性能、声学性能、热学性能以及防火性能等多方面。
膜材的耐候性能包括使用寿命、耐老化、自洁性以及强度衰减等。PTFE膜的抗紫外线、耐老化、耐腐蚀等化学特性优于PVC膜，其使用寿命可达25年以上，一般用于永久性建筑。
膜材的透光性好，且能虑除大部分紫外线。透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，无显著方向性，光线柔和均匀。
膜材料的回声和吸声特性综合决定了膜结构建筑内空间音响品质和隔音效果。膜材织物对声波振动具有很强的反射性，这种反射性增加膜结构建筑内部的噪音水平。通常需要采取相应的建筑构造措施改善膜结构的建筑声学环境。比如在膜内加装轻质、多孔的织物衬垫，悬挂隔声屏，采用专用吸声膜内衬等方法。
膜结构建筑的保温隔热性能较差。当对建筑物的保温隔热性能有较高要求时，可采用双层或多层膜结构，但这样会影响到膜结构的透光性。另外膜面内部的冷凝结露也是需要考虑的问题。
膜材具有较好的防火性能。实验表明，PTFE的防火性能优于PVC，但从火灾情况下膜结构的实际反应看，PVC膜材更好一些。
二、膜结构的特点和类型
（一）膜结构的特点
膜结构自重轻，跨度大，建筑造型丰富，施工方便；但其抵抗局部荷载作用能力差，容易出现褶皱、局部破损甚至整体破坏等问题。
薄膜结构具有和施工相关性的如下力学特点：（1）结构形状及刚度与施工方法和过程间有相关性；（2）结构的荷载敏感性；（3）结构成型前的弱（零）刚度性。柔性的薄膜材料只有当被赋予适当的预张力时才具有确定的形状和抵抗外荷载的刚度，也才成为结构。初平衡状态下的形状确定及预应力分布是张拉结构中最关键的问题。预应力的大小和分布决定了结构的刚度和形状。
（二）膜结构的类型
我国《膜结构技术规程》（CECS158：2004）根据膜材及相关构件的受力方式把膜结构分成四种形式：整体张拉式膜结构、骨架支承式膜结构、索系支承式膜结构和空气支承膜结构。
空气支承膜结构，即充气膜结构是利用膜内外空气的压力差为膜材施加预应力，使膜面能覆盖所形成的空间。有气承式和气囊式两种。
张拉膜结构通过给膜材直接施加预拉力使之具有刚度并承担外荷载。整体张拉式膜结构，通过膜面内力直接将荷载传递给边缘构件，应用在跨度较小的膜结构当中。钢索和膜结合形成张拉索-膜结构可应用于较大跨度的膜结构。
以上两种形式中钢索的作用不尽相同，在充气膜中，钢索主要起加劲作用；在张拉膜结构中，钢索与膜材都是主要受力构件。
骨架支承式膜结构是指由钢构件或其它刚性构件作为承重骨架，在骨架上布置按设计要求张紧的膜材。索系支承式膜结构的主要形式是索穹顶结构，索穹顶结构是以连续的拉索和不连续的压杆组成的预应力空间结构体系。这类结构使用薄膜作为覆盖材料，其中的膜材是传力构件而非主要受力构件，主要作用是围护。
三、工程中的膜结构
膜与索、钢架的组合结构是大跨度空间结构的一个主要形式。表1是参考文献中所统计的部分国际上超过1万m2膜结构的相关资料。
与世界先进水平相比，中国在膜结构方面的差距，无论是理论研究还是实际应用都是十分明显的。但是随着经济的发展，以及奥运、世博等大型体育项目和展览项目在中国的举办，我国的膜结构在应用方面近年来也开始呈现比较活泼的势头。
上海为迎接八运会于1997年建成的八万人体育场是我国首次在大型建筑上采用膜结构。其挑篷采用以径向悬挑钢桁架和环向桁架组成的大跨度空间结构，上覆伞形膜结构，总覆盖面积36100m2。32榀桁架将结构分成57个锥形单元，锥体单元的高点由飞柱提供。32榀桁架中，最小悬臂21m，最大73.5m，桁架锚固在相距24m的巨型混凝土柱上。桁架侧向支撑由空间环向桁架提供。锥体设置4根脊索、4根下拉索（拉飞柱）。之后的上海虹口体育场采用了鞍形大悬挑空间索桁架支承的膜结构。这二个体育场所用膜材是进口的，施工安装也由外国公司进行。
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。其挑篷是由60个锥形索膜单元组成的脊谷式张拉膜结构，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。建筑长轴为266m，由86m长的直线段和两端半径为90m的半圆弧组成，短轴为180m。立柱顶点标高42.5m，内环索标高约36.5m，篷盖悬挑沿周边均约40m。膜覆盖面积（水平投影）约30000 m2。
国家游泳中心“水立方”是2008年奥运会标志性建筑之一，其建筑围护结构采用了ETFE膜结构。相比2006年德国世界杯慕尼黑安联体育场的ETFE气枕式外墙，规则排列的单层气枕，覆盖6万m2，水立方的中心屋面、立面和内部隔墙均由双层ETFE充气枕构成，且几乎没有形状相同的两个气枕，单个最大气枕面积90m2，表面覆盖面积达10万m2。水立方是国内首个ETFE膜结构，目前世界上规模最大的膜结构工程，也是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。
近年来我国的膜结构项目基本上沿两条主线发展：一是大型体育场馆和展览中心，另一条是膜结构小品建筑。超过1万m2或接近1万m2的其它膜结构项目，比如威海市体育中心场挑篷（15300 m2，2001年）、浙江省义乌市体育中心（16000 m2，2001年）、郑州航海体育场（21000 m2，2001年）、广西南宁国际会展中心主厅（竖向空间膜结构，高48m，底部直径72m，2003年）、广州新白云机场航站楼屋面采光带、门厅及连接楼屋面（50000 m2）、嘉峪关体育场（10000 m2，2003年）、武汉体育中心（30000 m2，2001年）、广州黄埔体育场（10000 m2，2000年）等。膜结构小品建筑包括住宅小区的公共设施、加油站、露天剧场等。
四、结语
膜结构具有强大的生命力。随着新材料、新形式的不断出现，膜结构除了应用在体育建筑和展览建筑之外，还将更多地被应用于那些需要天然采光的公共建筑以及敞开或半敞开建筑。另外，将膜结构和折叠结构、可展结构等结合起来，形成的开闭式屋盖又是一种富有建筑感染力的结构形式。
参考文献
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[5]徐其功. 张拉膜结构的工程研究[D]. 广州：华南理工大学，2003．
篇5：膜结构车棚合同
甲方：*****有限公司 乙方：*****有限公司
因小区建设需要，甲方将**市康********小区膜结构车棚工程交予乙方施工，经双方协商，特签订如下协议：
一、工程内容：******膜结构车棚。
二、工程期限：15天（膜施工期间，雨天顺延）。
三、工程费用：单价包干：310元/平方米（按投影面积计），包含本工程的材料费、人工费、机械费、安全措施费、利润、不含税。
四、付款方式：签订合同，甲方预付20000元订金，余款在工程竣工、验收合格后付至97%，留3%质保金，六个月后无质量问题一次性付清。
五、工程范围：土建基础、钢结构梁柱、棚架整体焊接成型、膜布安装。
六、质量保证：
1、乙方必须保证车棚符合相关质量标准，以及结构安全性，保证能承受正常的风负荷、雪负荷；
2、乙方承诺自验收合格之日起一年内保修；
3、除自然灾害不可抗力因素破坏之外，钢结构及膜质保10年；
4、在保修期内，乙方应履职尽责、周到服务、随叫随到。
七、双方责任： 甲方责任：
1、甲方负责现场协调、质量监督工作；
2、甲方负责提供场地、水电协调。
3、甲方负责及时拨付费用。乙方责任：
1、乙方必须做到施工现场成品及设施的保护工作，若因乙方原因发生纠纷造成的损失乙方自行解决处理。
2、在施工过程中若发生各类事故或不按照建筑安全管理条例违章操作，造成人员伤亡或财产损失，全部由乙方承担，并承担相应的法律责任，甲方概不负责。
3、乙方应按相关技术规范及甲方要求施工，保质保量完成任务，注意施工安全，做到文明施工。
八、其他未尽事宜，双方另行协商解决。此合同一式两份，双方各执一份，具有同等法律效力。该协议书自双方盖章之日起生效。以下无正文
甲
方：
乙
方： 代表人：
代表人：
账
号：
开户行：
日
期：2018年
月
日
日
期：2018年
月
篇6：膜结构建筑的施工流程
膜结构建筑的施工流程
见惯了钢筋混凝土的建筑，从打地基，到砖墙垒砌，到封顶不管材料和工时，都耗费巨多。而且噪声巨大，粉尘大对周围人民的生活造成恶劣影响。同时因为建材笨重复杂，运送困难，给道路交通带来巨大压力。膜结构建筑因为轻便，成本低，高性能等特点成为21世纪乃至未来的新型建筑材料，可谓建筑史上的重大变革，那么那么没有钢筋，没有沙子混凝土，没有脚手架，膜结构建筑是怎么施工的呢？
膜结构材料分为充气膜结构和张拉膜结构，结构简单，主要是钢结构和膜结构两种材料。
膜结构建筑的施工流程也很简单：膜结构材料和钢结构材料运
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输至安装现场—清洗现场—对膜打孔穿钢—安装膜交点膜夹板等准备工作—吊装机械到位对角点临时固定—对膜结构施加预张力—固定膜面和节点完成防水系统覆盖—清洗外膜面。
篇7：膜结构车棚合格验收的标准
不管是什么产品，厂家都会出示合格验收报告的，那么膜结构车棚产品合格验收报告又是什么样的呢？
合格产品验收标准
1）保证连接的安全、美观、合理。
2）对金属连接件应采用可靠的防腐蚀措施。
3）在膜材连接处应保持高度水密性，应采取一定的构造措施防止膜材磨损和撕裂。
4）连接件应具有足够的刚度、强度和耐久性，应不先于所连接的膜材、拉索或钢构件破坏，并不产生影响结构受力性能的变形。
5）连接件应传力可靠，并减少连接处应力集中。
6）节点构造应符合计算假定。应考虑节点构造偏心对拉索、膜材产生的影响，施加预张力的方式、结构安装允许偏差，以及进行二次张拉的可能性。
7）在支承构件与膜材的连接处不得有尖角、毛刺、尖点。
膜结构制作、安装分项工程应按具体情况划分为一个或若干个检验批，按规定进行工程质量验收。与膜结构制作、安装相关的钢结构分项工程的验收，应按现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规划》GB执行。其它相关分项工程的验收，应按有关的施工质量验收标准执行。
篇8：ETFE膜结构屋面刍议
由于ETFE膜的透光性特别好, 号称“软玻璃”, 质量轻, 韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂, 耐候性和耐化学腐蚀性强, 熔融温度高达200℃;可有效地利用自然光和紫外线, 节约能源;具有良好的声学性能和自清洁功能。用于建筑上的ETFE气枕膜结构, 可100%回收再利用, 低碳节能, 绿色环保, 所以ETFE膜建筑外围护结构 (屋面和幕墙) 将是新时代绿色建筑的载体 (图1) 。
1 ETFE膜建筑外围护结构系统
1.1 ETFE膜材料
ETFE为乙烯-四氟乙烯, 它本身具有很好的化学稳定性, 不需要其他任何的面层保护, 厚度通常为50~250μm, 幅宽最大2 350 mm, 是一种透明膜材。ETFE膜材具有以下特性 (表1) :
1) 优越的使用性能和加工性能:ETFE膜材不仅具有优良的抗冲击性、耐磨性、绝缘性、热稳定性和耐化学腐蚀性, 而且力学强度高, 加工性能好。
2) 密度约为1.75 g/cm3, 比玻璃密度小很多。
3) 通常为无色透明, 也可白色、蓝色或其他颜色, 根据需要还可在无色透明或其他颜色的膜材上印刷各种图案。
4) 韧性好、抗拉强度高, 根据厚度不同, 抗拉强度为35~60 MPa, 不易被撕裂, 破断伸长率可达300%。
5) 耐候性强, 熔融温度高达200℃;适应-200~150℃的温度环境, 在恶劣气候条件下20年, 其力学和光学性能都不会改变。
6) ETFE膜材拥有从紫外线到红外线的高性能透光性, 可有效利用自然光, 低碳节能。
7) ETFE膜材表面非常光滑, 具有极佳的自洁性能, 在用ETFE膜材建造的膜结构上, 少量灰尘和污渍会随雨水冲刷而除去, 清洁周期大约为5年。
8) 绿色环保:ETFE膜材性能稳定, 耐老化性强, 而且余料可以被热熔成颗粒状并重新聚合, 进而制成ETFE膜材, 循环再利用可以达到或接近100%。
9) 优良的防火性能:ETFE膜达到B1级防火等级 (DIN 4102) , 燃烧时也不会滴落。
10) 具有较强的抗冲击性和韧性, 在多雹地区, 即使玻璃被砸碎了, 而膜材上也仅留下小小的凹痕。
11) ETFE膜可预制成薄膜气枕, 不但提高幕墙的保温性能, 而且方便施工和维修。
但ETFE膜也有不足之处, 遇尖锐物容易致损, 不过用专用胶带修补极其方便。
1.2 ETFE膜建筑外围护系统
建筑外围护结构 (屋面、幕墙) 中的膜结构, 根据结构系统的形式可分为如下3类:骨架式膜结构、张拉索膜结构、充气膜结构;而根据支撑形式, 还可以细分, 见图2。
1) 骨架式膜结构:骨架式膜结构是钢或其他材料构成的刚性骨架, 具有自然稳定性、完整性, 膜张拉并置于骨架上构成骨架式膜结构, 形态有平面形, 单曲面形, 和以鞍形为代表的双曲线形 (图3) 。
骨架式膜结构的显著特点在于:膜不是维持结构体系存在的必要结构单元, 但膜又不仅仅是单纯地用来覆盖屋面体系, 而是充分发挥了其建筑采光功能、高强度受力特性。虽然预张力对骨架式膜结构形态的影响不及张拉膜, 但必须引入足够大的张力, 才能保证结构受力特性, 避免在风荷载作用下膜面发生较大震动, 导致松弛使膜面凹陷。骨架一般暴露于膜内侧, 且膜的透光性更加突显骨架的室内视觉效果, 因此, 骨架的布置、形式、材料、节点等是设计考虑的重点, 应力求简洁、美观 (图4) 。
骨架式膜结构采用的是单层膜结构, 靠膜材经过张拉面产生的内部应力来抵御外部荷载, 膜材可以是ETFE膜, 也可以是PVC或PTFE膜。
ETFE张拉膜一般不采用在其周边设置钢索并通过钢索使膜张紧的形式, 而是把单层ETFE膜切割制成所需的形状, 并在其周边设置边绳, 用专用的铝合金夹具夹持住, 通过在周边的夹具上施加拉力, 使膜材充分张紧, 靠膜材内部的预应力来抵御外部荷载。
由于ETFE膜抗拉强度较低, 不能施加过大的预紧力, 抵御外部荷载的能力也就较差, 因而一般不采用过大规格的膜单元。特殊情况下必须采用较大的规格时, 膜结构单元一般采取中部加强的方式, 用钢梁或钢索将其分割成若干个较小的单元。在相同荷载条件下, 不采用其他的加强措施, ETFE膜材采用充气形式可做成较大面积的气枕, 有的甚至达上百m2;而采用张拉形式, 由于膜材的抗拉强度比PTFE膜材要低, 因而施加的预应力不能过大, 承受外部荷载的能力有限, 其单块面积也会受到一定的限制。
在国外, ETFE张拉膜的工程应用很多, 但规模都不大, 而在我国应用的典型案例就是国家体育场———“鸟巢”。当时有的膜单元面积达到100多m2, 而建筑师又不希望在主钢结构中间划分出若干个小格子, 影响外视效果, 因而需要对膜结构加强。经过研究和反复试验, 创造性地在膜背面加设了钢梁和钢索, 并采用特殊的技术将不锈钢索与ETFE膜材复合在一起, 共同承受外部正负方向的风荷载和雪荷载, 不锈钢索固定在与其垂直交叉的钢梁上, 钢梁和钢索都隐藏在膜的后面, 外观不可见, 实现了预期的外视效果。
由于ETFE膜材的热膨胀率较高, 采用张拉形式, 在气温较高时可能会产生预应力损失, 造成松弛, 而且温度作用还可能使膜材产生局部蠕变现象, 这些因素都会影响到ETFE张拉膜结构的外观效果和承载能力。对此问题较好的解决方案是在膜单元的周边夹具上, 采取可调节预应力的方式, 在出现松弛时, 及时调整, 使膜材始终保持张紧状态。一般来说, ETFE膜材如果采用张拉形式, 其应用范围受到一定的限制, 因而更多的采用充气形式, 即便是开敞式的没有保温要求的建筑也是如此。
2) 张拉索膜结构:建筑中使用的膜结构, 主要为张拉式索膜结构系统, 顾名思义, 张拉索膜结构是通过张拉使膜的内部产生一定的预应力, 以抵御外界的风荷载和其他荷载, 同时使膜变形成为所需的形状 (图5) 。
张拉膜是依靠膜材自身的张拉力和特殊的几何形状而构成的稳定的承力体系。膜只能承受拉力而不能受压和弯曲, 其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来维持, 因此需制作成凹凸的空间曲面, 故习惯上又称空间膜结构。张拉膜结构通常是沿着膜的边缘布设钢索, 在钢索上施加拉力, 钢索带动膜张紧、成型, 并产生足够的预应力, 因而称其是张拉式索膜结构。如果膜的面积过大, 膜自身无法承受预期的荷载, 则可在膜的中间增设加强钢索, 以提高其抗风载能力。张拉式索膜结构可以根据需要制成任意复杂曲面形状, 体现自然流畅之美;并有多种颜色的膜材可选, 以适应周边的环境、满足建筑效果要求;而且膜结构质量轻, 一般不需要太庞大的支撑结构, 这是其他建筑材料无法比拟的优势所在。
张拉式索膜结构通常采用织物纤维膜材, 20世纪80年代和90年代初期我国采用的都是PVC膜材, 这种膜材由于使用寿命短, 抗老化性和自洁性能较差等, 20世纪90年代逐步被PTFE膜材所替代。
张拉式索膜结构一般用在开敞式的建筑上, 如体育场、火车站等, 主要用来遮风挡雨、挡阳光, 不具有保温性能, 一般也不用于有保温要求的封闭式建筑。
3) 充气膜结构:充气膜结构是在ETFE膜材料技术基础上产生的, 是将两层或多层膜通过热熔焊接复合到一起, 形成封闭的袋子 (气枕) , 其周边夹持在铝合金或其他材料制成的边框内, 边框固定于建筑的主体结构上。在气枕内, 通过预留的阀口, 充入经过过滤及除湿处理的清洁干燥的空气, 就制成充气式膜结构系统。这种充气形式, 应用于建筑的外围护结构较为普遍。
ETFE充气膜结构是靠膜材自身的强度和气枕的内压, 来共同承担外部荷载的。虽然ETFE膜材的抗拉强度有限, 但气枕的内压可以根据需要适当调整和平衡, 同时靠内压的调整也可以平衡解决安装时温度高低引起的松弛问题。气枕具有较强的承载能力, 并在保温、隔声、防火、自洁、光性能、绿色环保等方面都凸显优势, 因而被大量的用于现代建筑上, 尤其是作为大跨度空间建筑的维护结构。
为了提高ETFE充气膜的保温效果, 膜的层数可由二层提高到三、四层 (图6) 。考虑建筑的使用功能, 应合理控制膜材的透光率, 可采用带颜色或印刷镀点和图案的措施。充气控制系统亦可智能化控制。
2 ETFE膜结构屋面施工控制要点及养护
2.1 施工难点分析
北京某工程一期外围护工程设计方案中的屋面围护结构, 采用新型钢膜结构体系, 由钢网架单元和ETFE (乙烯-四氟乙烯共聚物) 充气薄膜共同组成。该工程土建结构复杂多样, 因此ETFE膜系统的安装将需要我公司与合作方逐项攻关, 切实可行地解决施工中可能遇到的各种技术问题 (图7) 。
1) 保温防水:ETFE屋面装配系统的次龙骨, 采用“天沟+防水保温层”形式。ETFE膜夹具勾挂在钢天沟边沿, 钢天沟作为主要受力构件, 自攻自钻钉起到固定作用, 使该部位的受力更加合理。连接处采用特定复合胶条, 使雨水不能渗漏到室内。同时, 自攻自钻钉尖部暴露于室外, 即使自攻自钻钉孔处漏水, 水滴最终仍会流到室外。天沟内采用优质防水及保温材料使屋面更好地发挥其防水功能。
2) 吸声降噪:该工程作为大型公共建筑, 对吸声降噪及室内混响, 特别是雨噪音降噪的要求比较高。ETFE气枕单元为多层薄膜结构, 能够有效隔绝室外噪音。
3) 安装:ETFE膜结构屋面采用特定的铝合金夹条固定。为便于安装, 我们在铝合金夹条上设计出特殊的安装用槽口, 同时针对ETFE膜夹具的形式, 设计制作了不同的专用安装工具。
具体的施工流程为:钢框安装→天沟安装→铝垫框安装→ETFE薄膜初装→预充气→调整除皱→紧固夹紧→充气。表面上的每一个气枕安装完成后, 应对其进行充气, 防止外力作用划伤气枕。在安装中采用施工网和可移动脚手架进行施工, 这样将会大大缩短安装时间, 提高现场安装效率。
4) 其他难题的解决方法:作为大型公共建筑的采光屋面, 为保证极少量空腔内的冷凝水从立面上方开始汇流, 最终落于最下面一排铝合金夹具底座上。我司设计、计划、结构、生产、工艺等多个部门通力协作, 开发出特制的夹具底座, 两侧翼即可作为胶条的安装部位, 又可以形成一个小结露槽。在所有铝合金夹具底座连接部位均焊接及密封的情况下, 冷凝水从立面上方开始汇流, 最终落于最下面一排铝合金夹具底座上。在最下面一排铝合金夹具底座上开腰形孔, 将冷凝水排到室外。
2.2 ETFE膜结构屋面典型节点处理
ETFE张拉膜一般不采用在其周边设置钢索并通过钢索使膜张紧的形式, 而是把单层ETFE膜切割制成所需的形状, 并在其周边设置边绳, 再用专用的铝合金夹具夹持住。通过在周边的夹具上施加拉力, 使膜材充分张紧, 并靠膜材内部的预应力来抵御外部荷载, 如图8所示为膜结构典型节点, 图9所示为“鸟巢”膜结构节点。
2.3 ETFE充气膜结构屋面保养维护
1) ETFE充气膜结构日常维护和保养应注意的方面:系统的运营管理;充气系统和自动控制系统的日常运行管理和检查、充气单元进气口过滤网的检查与更换、充气管道的密封情况、充气单元中空气湿度控制系统运行情况;各种传感器、控制器的工作状态;气枕的运营管理、破损和褶皱、边绳与夹具的夹持情况、内压不足矢高变小;密封和渗漏水情况等。
出现上述异常时应及时采取措施, 分析找出原因, 并进行维护和更换。
2) 气枕破损的修复:对于较小的空洞 (直径小于30 mm) 或长条划口, 可用ETFE膜材制成的专用胶带修复 (要在把空气放掉的情况下修复) 。
3) 清洗:屋面可上人站在天沟位置, 用高压水冲洗或人工清洗;立面采用高压水冲洗或人工清洗;室内只能考虑人工清洗。立面和室内人工清洗, 可考虑采用蜘蛛人和高空作业车。
3 结语
近年来, 我国建筑市场对索膜建筑技术的需求明显有大幅度增长的趋势, 国外各大著名索膜技术专业公司纷纷登陆我国, 刺激了我国索膜建筑事业的发展。随着现代科技的进一步发展, 使人类面临着保护自然环境的使命, 因此, 天然材料和传统的古老建筑材料必将被轻而薄、且保温隔热性能良好的高强轻质材料所取代。索膜建筑技术在这项变革中将扮演重要角色, 其在建筑领域内更广泛的应用是可以预见的。
建筑形体艺术塑造自由、多变的支撑结构和柔性膜材, 使建筑物造型更加多样化, 且色彩丰富, 可创造更自由的建筑形体和更丰富的建筑形式。由于自重轻, 索膜建筑可以不需要内部支撑而大跨度的覆盖空间, 克服传统结构在大跨度 (无支撑) 建筑上实现所遇到的困难, 这使得人们可以更灵活、更有创意地设计及运用更大跨度的建筑空间。
膜结构是随着现代科学技术发展起来的全新建筑技术表现形式, 是材料科学、建筑学、结构力学以及现代环境学高速发展的综合产物, 其应用将获得长足的进步。
摘要：建筑外围护的膜结构有骨架式、张拉索膜式以及充气式三种, 所用ETFE膜材化学稳定性好, 不需其他面层保护, 透光性强。国家体育场“鸟巢”的膜材外围护结构, 创造性地将钢索复合在膜材背面, 既抗风揭, 又保持其自然外观。这一使建筑造型多样化的全新的建筑技术表现形式, 将获得广泛应用。
关键词：膜结构屋面,ETFE膜,施工,维护
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