1、淺談ETFE膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用摘要：近年來，膜結(jié)構(gòu)技術(shù)在現(xiàn)代屋面建設(shè)項目中得到了廣泛的應(yīng)用。在許多國際大型活動的建筑物的屋面建設(shè)中不乏應(yīng)用先進(jìn)的膜結(jié)構(gòu)技術(shù)。本文主要基于工程案例淺要論述了ETFE膜結(jié)構(gòu)的材料特點、結(jié)構(gòu)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：ETFE膜結(jié)構(gòu)；特性；發(fā)展；應(yīng)用； 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，膜結(jié)構(gòu)技術(shù)在現(xiàn)代屋面建設(shè)項目中得到了廣泛的應(yīng)用，ETTE薄膜材料在過去的一段時間中作為一種可靠的屋面材料以其大量的優(yōu)點特性產(chǎn)生了眾多的建筑。特別是在國際大型活動的建筑物的屋面建設(shè)中，廣泛應(yīng)用了先進(jìn)的膜結(jié)構(gòu)技術(shù)。例如2012年7月英國倫敦奧運會、2013年中國花博會、2014年巴西世界杯等國際活動建筑物建

2、設(shè)過程中，其中不乏優(yōu)秀的膜結(jié)構(gòu)建筑。本文主要基于工程案例淺要論述了ETFE膜結(jié)構(gòu)的材料特點、結(jié)構(gòu)應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。一膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展 膜結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，國際上對ETFE膜在建筑上的應(yīng)用研究大約始于三十多年前，而實際應(yīng)用則是在上世紀(jì)90年代，最初主要應(yīng)用于各種異型建筑物的蓬膜及農(nóng)業(yè)溫室的覆蓋材料，早期大規(guī)模應(yīng)用的是英格蘭的植物園“伊甸園”。我國對膜結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用起步較晚，自1995年以來，應(yīng)用日益增多。自互聯(lián)網(wǎng)革命以后，膜結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國得到了快速的發(fā)展。二ETFE膜結(jié)構(gòu)的特點1膜材的分類 膜材應(yīng)根據(jù)建筑功能、膜結(jié)構(gòu)所處環(huán)境和使用年限、膜結(jié)構(gòu)承受的荷載以及建筑物防火

3、要求選用以下不同類別的膜材：G 類，在玻璃纖維織物基材表面涂覆聚合物連續(xù)層的涂層織物；這種膜材開發(fā)和應(yīng)用得比較早，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會太厚，達(dá)到使用要求即可。 P 類，在聚酯纖維織物基材表面涂覆聚合物連續(xù)層并附加面層的涂層織物；主要有雙面涂覆PVC涂層火鶴粘和聚氯乙烯薄膜制成，價格十分便宜。 E 類，由乙烯和四氟乙烯共聚物制成的 ETFE 薄膜。由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性，而且機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好。ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表

4、現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢和市場前景。2 ETFE膜材的特點ETFE膜材料的特點包含以下幾個方面：光學(xué)性能高：主要體現(xiàn)在透光率較高，至少在90%以上，同時對于材料的透光率具有一定的可選擇性和可控制性?？梢赃x擇讓紫外線透過，以確保室內(nèi)的植物光合作用的進(jìn)行，也可以通過在膜表面進(jìn)行圖案印刷來降低透光率，更可以在生產(chǎn)的時候制造出不同顏色的ETFE膜(例如:白、紅、蘭、黑等等)承現(xiàn)出五彩繽紛，同時也能達(dá)到減少透光率的作用。延展性能佳：該膜材料具有極佳的張力和延展性，屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度都較高，延展性能佳的特質(zhì)也使得ETFE膜結(jié)構(gòu)多樣化發(fā)展的根本原因?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定：ETFE膜材具有很好的酸硫抗化性，在各種氣候環(huán)境下都可

5、以使用。物理性質(zhì)：該膜材料具有一定的阻燃性、自潔性能，具有高抗污、易清洗的特點。三ETFE膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 ETFE膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有很強(qiáng)的可塑性，其膜結(jié)構(gòu)形成的曲面能夠按照建筑師的需求進(jìn)行調(diào)整變化，對于建筑整體環(huán)境建設(shè)具有極高的適應(yīng)性，在實際建設(shè)項目中的膜結(jié)構(gòu)主要包含有:骨架式膜結(jié)構(gòu)、張拉式膜結(jié)構(gòu)、索系支承式膜結(jié)構(gòu)、充氣式膜結(jié)構(gòu)四種基礎(chǔ)形式。1. 骨架式膜結(jié)構(gòu)骨架支承式膜結(jié)構(gòu)應(yīng)由鋼構(gòu)件或其它剛性結(jié)構(gòu)作為承重骨架，在骨架上布置按設(shè)計要求張緊的膜材。其優(yōu)點為具有較高的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)效益高。昆明酒店帳篷采用的就是骨架式膜結(jié)構(gòu)。2. 張拉式膜結(jié)構(gòu)張拉式膜結(jié)構(gòu)應(yīng)由桅桿等構(gòu)件提供支承點，并在周邊設(shè)置錨固點，通過

6、預(yù)張拉而形成穩(wěn)定的體系。其主要的應(yīng)用優(yōu)點在于創(chuàng)新度較高、造型美觀、結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，但存在造價高、施工精度高的困難。開封開元名都商業(yè)廣場工程采用了日本平岡二氧化鈦膜和圣戈班ETFE透明膜材相結(jié)合的方式，總面積為11395平方米，是典型的張拉式膜結(jié)構(gòu)。3. 索系支承式膜結(jié)構(gòu) 索系支承式膜結(jié)構(gòu)應(yīng)由空間索系作為主要承重結(jié)構(gòu)，在索系上布置按設(shè)計要求張緊的膜材。索系支承式膜結(jié)構(gòu)主要由索、桿和膜構(gòu)成，三者共同起承重作用。在通常所稱的張拉整體（tensegrity）結(jié)構(gòu)中，如采用膜材，即屬于索系支承膜結(jié)構(gòu)。例如:2016年做的川沙酒店就采用了ETFE膜結(jié)構(gòu),用拉索固定。4 充氣式膜結(jié)構(gòu) 空氣支承式膜結(jié)構(gòu)應(yīng)具有密閉

7、的充氣空間，并應(yīng)設(shè)置維持內(nèi)壓的充氣裝置，借助內(nèi)壓保持膜材張力并形成設(shè)計要求的曲面，可采用氣承式、氣肋式和氣枕式。因利用氣壓來支撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁、柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經(jīng)濟(jì)效益高，但需維持進(jìn)行24小時送風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)，在持續(xù)運行及機(jī)器維護(hù)費用的成本較高。北京奧運會場館“水立方”是世界上最大的膜結(jié)構(gòu)工程之一，除了地面之外，外表都采用了ETFE膜結(jié)構(gòu)材料，膜表面既柔軟又結(jié)實，把ETFE膜做成充氣枕使其結(jié)構(gòu)更完善。四工程實例-花博會工程1. 工程概況本工程是常州花博會特色館與創(chuàng)意館的外屋面，平面尺寸為：108m*88.7m(曲面為125*106m)，屋面標(biāo)高為20m，造型新穎，形

8、狀極其復(fù)雜，設(shè)計難度比較高。結(jié)合了德國EASY軟件和犀牛軟件相結(jié)合做膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計和找形。2. 膜材選擇雖然ETFE膜材料對于建筑屋面工程有極高的適應(yīng)性，但目前對于這種膜材進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)較少。當(dāng)時只有發(fā)達(dá)國家日本、德國少數(shù)幾家企業(yè)能夠提供這種材料，因此本工程采用了日本旭硝子ETFE透明圓點膜材，總面積為14241平方米。3. 膜材料安裝過程中的施工控制措施在本次工程中，對于膜材料安裝施工質(zhì)量控制主要包含了以下幾個方面：第一，整體運輸一次到位，有效避免了二次運輸會給膜材料帶來的損傷，運輸過程中，膜材料損傷在可控制范圍之內(nèi)。第二，在安裝施工之前，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了反復(fù)對尺寸確認(rèn)、并采取了臨時支撐方式來確

9、保安裝過程中膜材的平衡。本工程膜面積大于12000平方米，設(shè)計和施工難度非常高，造型極其復(fù)雜，符合I級膜結(jié)構(gòu)工程的要求。施工完成之后，整體效果很好，宛若兩條在水中嬉戲的魚，本工程充分利用了ETFE膜結(jié)構(gòu)造型多變的特點，完成了花博會場館與自然有機(jī)結(jié)合的建筑設(shè)計。5 ETFE膜結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢 中國已經(jīng)迎來了建設(shè)膜結(jié)構(gòu)建筑的高峰期，這為我國膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展帶來了很好的機(jī)遇。隨著我國膜結(jié)構(gòu)理論研究的進(jìn)一步深化，在借鑒發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)經(jīng)驗之后，相信不久的將來，我國也會自主研發(fā)出ETFE膜材料的生產(chǎn)工藝，并投入量產(chǎn)。參考文獻(xiàn)：1 王海明.ETFE膜結(jié)構(gòu)主要形式及ETFE工程難點J.建筑管理現(xiàn)代化2012.4.2 黃萍.高性能含氟聚合物ETFE建筑用薄膜J.新材料產(chǎn)業(yè)，2012，(l):