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氣枕式膜結構的發展

文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2020-05-07 15:09【

傳統意義上,膜結構按受力特性可分為張拉式膜結構 充氣式膜結構 骨架式膜結構 。其中充氣式膜結構又可分為氣承式膜結構和氣脹式膜結構。氣枕式膜結構起源於氣脹式膜結構 

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氣脹式膜結構是指如同氣球一般,將膜材包裹成封閉構件,向膜構件內部充氣,使膜材產生張力,從而具有一定的剛度, 將多個膜構件組合形成整體受力體係 1970 年,在日本大阪世博會上,川口衛設計的香腸氣脹式膜結構——日本富士館引起了人們對氣脹式膜結構的關注。這種結構形式不需要保持不同的室內 、外氣壓,舒適度較好,但結構受力不如氣承式膜結構合理,跨度相對較小,在膜結構的發展初期應用較少。

隨著人類對建築功能要求的增加,透明 、輕盈且具有高性能的ETFE膜材研發取得成功。但其單張膜的抗拉強度相對於織物類膜材較低,難以對其附加過大的預應力使之張拉具有適當的剛度,常常采用氣枕的形式多張共同受力 。憑借這種材料,氣枕式膜結構逐漸興起並迅速發展 。它將多層一般 )ETFE膜材周邊熱合並用夾具封閉固定在骨架上,內部充氣使其形成氣枕並具有一定剛度以抵抗外部荷載,自身僅起到圍護結構的作用 。它屬於氣脹式膜結構和骨架式膜結構的結合,具有輕質 、透光 、隔熱 、抗腐 、耐候 、自潔等良好性能,力學性能也極佳,被廣泛應用於大型公共建築中 



在國外,ETFE氣枕式膜結構以德國慕尼黑安聯球場和英國伊甸園工程為代表最為突出 。德國慕尼黑安聯球場表麵由2874塊菱形ETFE氣枕組成,具有較好的自潔 、防水 、防火以及隔熱性能 。

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伊甸園工程作為世界上最大的溫室,使用了625塊六邊形、16 塊五邊形和190塊三角形的ETFE枕形膜結構,每塊由3ETFE 膜疊加並充入空氣,再沿邊緣熱合焊接,空氣層具有較好的隔熱作用,且透光率高,是非常好的溫室建築材料。

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在國內,首次采用ETFE氣枕式膜結構的是北京奧運會國家遊泳中心的“水立方”  盤點國內那些著名的膜結構建築 點紅字字即可查看“水立方”的詳情介紹。

此後,ETFE氣枕式膜結構在國內逐漸開始被廣泛采用,下麵選取幾個工程實例:

(1)2010年上海世博會日本館又名“紫蠶島”,長度為95m,寬度為54m,總建築麵積為8397.1m2,整個建築由單層網殼穹頂覆蓋,圍護結構采用了雙層ETFE氣枕,並在膜內配合太陽能電池,可以充分利用太陽能實現發電發光的能。

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(2) 廣州南站中央通廊位於站房的中部,采光屋麵係統由1182個菱形的氣枕組成, 氣枕上層采用0.25mm厚藍色透明的ETFE膜材內表麵鍍銀點(鍍點率70%),下層同樣采用0.25mm厚藍色透明ETFE膜 。

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(3) 大連體育中心體育場是第12屆全國運動會的主要比賽場館之一,整體平麵為橢圓形,長軸方向長度為320m,短軸方向長度為293m,其罩棚外圍護頂棚和下部看台外立麵幕牆均采用了ETFE氣枕膜結構 。

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(4) 天津於家堡站房穹頂為京津城際鐵路的延伸線,主體結構是由36根正螺旋和36根反螺旋組成的箱形截麵鋼結構單層網殼結構,主要部分采用了3層ETFE氣枕覆蓋, 每塊氣枕的尺寸和形狀都不相同,膜結構設計與施工難度較大,膜材表麵帶有不同印點率的銀色印刷圓點,以便很好地調節太陽輻射作用,減少太陽輻射對下部主體結構的溫度效應 

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