| 膜结构建筑中的膜材料
PTFE膜材料
PTFE膜材料是指在用极细的玻璃纤维编织成的基布上涂抹PTFE(聚四氟乙烯)树脂而形成的复合材料。
其特点是:强度高、耐久性好、防火阻燃、自洁性好,而且不受紫外光的影响,使用寿命在20年以上;具有高透光性,透光率为13%,而且透过膜材料的光线是自然散漫光,不会产生阴影,也不会发生眩光;对太阳能的反射率为73%,因而吸收热量少,即使在夏季太阳暴晒的情况下,建筑内部也不会受太大影响。
上海体育场看台罩篷的膜材料为进口玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层(PTFE)材料,为组合式膜结构体系。
这是膜结构在我国应用于大型性建筑,标志着膜结构建筑作为一种新的建筑结构被我国各界人士的认可,拉开了膜结构建筑在我国广泛应用的帷幕。
PVC膜材料
PVC 膜材料是在聚酯纤维编织的基布上涂抹PVC(聚)树脂而形成的复合材料,PVC膜材料的强度及防火性与PTFE相比具有一定差距,使用年限一般在7到15年。
为了解决PVC膜材料的自洁性问题,通常在PVC 涂层上再涂抹PVDF(聚偏氟乙烯)形成PVDF膜材料。
伦敦奥林匹克体育场在奥运和残奥期间是8万座位的体育场,操场膜结构看台,赛后转换成一个2.5万座位的体育场。
人字形柱支承外压缩环桁架,内张力环采用索,其间辐射布置双层径向索形成索网,上覆112片PVC膜材张紧形成罩蓬,是典型的索系支承式膜结构。
该场馆对于资源的利用是属于重量级的,比其它体育场减用了75%的钢材。
膜结构的设计分析
目前环保压力非常的大,钢铁厂的料场、电厂的煤场、采煤企业的采煤堆放区域,采石场、水泥厂等等,都要环保封闭,有些业主需要采用膜来封闭:但在膜结构设计中,设计院应该做什么?
目前遇到的一些项目中,设计院通常把膜结构的设计和分析工作全部委托给专业膜结构公司。
究其原因可以概括为以下几点:
一是出于无奈;相对而言,大家对索膜结构不是很熟悉,经验比较少,所以做起来有些吃力,没有办法,只得委托给专业膜结构公司。
二是缺乏分析手段;现在设计人员的学历都很高,很多人在读书期间的研究方向是膜结构,所以对膜结构的计算分析并不是问题,特别是大设计院更是如此,但是缺少相应的分析工具是普遍存在的问题。
三是不愿意做。这是国内设计院普遍存在的现象,膜结构体育看台,对于难、烦、特殊的项目,多数情况下都是分包给专业公司和高校,而给设计人员留出更多的时间去做经济效益更大的项目。即使是国内几个的设计院也是如此。
有时候委托给专业膜结构公司也不失为一个可行的办法,但是存在一些潜在的问题。
(1)膜结构公司基本上都是技术人员,而在建筑专业上偏弱,满足不了预定的设计意图;
(2)通常膜结构公司以施工为主业,设计水平明显低于设计院;
(3)大多数情况下膜结构公司以便于施工为目标,会降低工程的设计水平;
(4)设计院对膜结构设计和施工过程起不到控制作用,终结构是否合理、施工是否满足设计要求无法进行有效的判别。
所以对于大型膜结构,设计院不能把整个设计工作完全委托给膜结构公司,而应该做一些必要的工作。根据目前遇到的两个工程案例:新密电厂、龙门钢厂的项目,膜结构看台,我觉得设计院可以在以下几个方面多做些工作。
21世纪建筑领域的发展趋势之一是采用新材料。膜结构建筑的开发与应用,摆脱结构对钢材、木材、混凝土等传统材料的依赖,为建筑带来一场新的革命。用于膜结构建筑的膜材料是在用纤维织成的基布上涂敷树脂或橡胶等而制成的,高强度聚酯纤维是膜材的基质,保证膜材的强度;高分子聚合物涂层保证膜材的密实性;而惰性材料涂层则主要是保证膜材的自洁性。膜材料与金属、木材等建筑材料不同,它具有柔软性、透光性等特性,而且膜材料的基布是织物,由于织物径向(经纱)与纬向(纬纱)的特性不同,因而膜材料是一种异向型非线性材料。基布主要承担膜材料的抗拉、抗撕裂等力学特性及防火性、耐久性、自洁性、染色性及膜材料与膜材料的溶合性等特性。
目前,膜结构建筑中相当常用的材料主要有聚四氟乙烯(PTFE)膜材、聚(PVC)膜材和加面层的PVC膜材:PVDF膜材和PVF膜材。
PTFE类膜材料商品名叫特氟隆(Teflon),是在玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂(简写PTFE),树脂含量大于90%。PTFE膜的特征是耐久性、防火性与防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较,吴忠膜结构看台,材料费与加工费高,且柔软性低,在施工上为避免玻璃纤维被折断,须有专用的工具与施工技术。
PVC类膜材料的布基织物为聚脂或聚胺脂等,涂层为PVC树脂,或氯丁橡胶类物质,一般另加有聚氟乙烯(PVF)或聚偏氟乙烯(PVDF)类面层。PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜,且具有材质柔软、易施工的优点。但在强度、耐用性、防火性等性能上较PTFE膜差。为了改善PVC膜材的耐火性及防污性,近年来已研发出以氟素系树脂于PVC涂层材的表面处理上做涂层。
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