膜結(jié)構(gòu)是一種建筑與結(jié)構(gòu)完美結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。它是用高強度柔性薄膜材料與支撐體系相結(jié)合形成具有一定剛度的穩(wěn)定曲面,能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由輕巧、阻燃、制作簡易、安裝快捷、節(jié)能、安全等優(yōu)點,因而使它在世界各地受到廣泛應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)形式特別適用于大型體育場館、入口廊道、小品、公眾休閑娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領(lǐng)域。
一、膜結(jié)構(gòu)的分類 從結(jié)構(gòu)方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結(jié)構(gòu)3種形式 ??诤Q笫澜缛肟谀そY(jié)構(gòu) 1.骨架式膜結(jié)構(gòu)(Frame Supported Structure) 以鋼構(gòu)或是集成材構(gòu)成的屋頂骨架后,在其上方張拉膜材的構(gòu)造形 式,下部支撐結(jié)構(gòu)安定性高,因屋頂造型比較單純,開口部不易受限制, 且經(jīng)濟效益高等特點,廣泛適用于任何大,小規(guī)模的空間。 青島音樂廣場 2.張拉式膜結(jié)構(gòu)(Tension Suspension Structure) 以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成,利用鋼索與支柱在膜材中導(dǎo)入張力以達(dá)到安定的形式。除了可實踐具創(chuàng)意,創(chuàng)新且美觀的造型外,也是最能展現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)精神的構(gòu)造形式. 近年來,大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材料構(gòu)成 鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高,結(jié)構(gòu)性能強,且具豐富的表現(xiàn)力,所以造價略高于骨架式膜結(jié)構(gòu)。 3.充氣式膜結(jié)構(gòu)(Pneumatic Structure) 充氣式膜結(jié)構(gòu)是將膜材固定于屋頂結(jié)構(gòu)周邊,利用送風(fēng)系統(tǒng)讓室內(nèi)氣 壓上升到一定壓力后,使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差,以抵抗外力,因利用氣壓 來支撐,及鋼索作為輔助材,無需任何梁,柱支撐,可得到更大的空間,施工快捷,經(jīng)濟效益高,但需維持進行24小時送風(fēng)機運轉(zhuǎn),在持續(xù)運行及機器 維護費用的成本上較高。
二、膜材料 用于膜結(jié)構(gòu)建筑中的膜材是一種具有強度,柔韌性好的薄膜材料,是由纖維編織成織物基材,在其基材兩面以樹脂為涂層材所加工固定而成的材料,中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維,而作為涂層材使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂(PVC),硅酮(silicon)及聚四氟乙烯樹脂(PTFE),在力學(xué)上織物基材及涂層材分別具有影響下列的功能性質(zhì)。 織物基材——抗拉強度,抗撕裂強度,耐熱性,耐久性,防火性。 涂 層 材——耐候性,防污性,加工性,耐水性,透光性。
三、膜材的正確選定 用于建筑膜結(jié)構(gòu)的膜材,依涂層材不同大致可分為PVC膜與PTEF膜,膜材的正確選定應(yīng)考慮其建筑的規(guī)模大小、用途、形式,使用年限及預(yù)算等綜合因素后決定。 PVC膜(PVC-Coated Polyester) PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜,且具有材質(zhì)柔軟,易施工的優(yōu)點。但在強度、耐用年限、防火性等性能上較PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纖維織物加上PVC涂層(聚氯乙烯)而成,一般建筑用的膜材,是在PVC涂層材的表面處理上,涂以數(shù)micron厚的壓克力樹脂(acrylic),以改善防污性。但是,經(jīng)過數(shù)年之后就會變色、污損、劣化。一般PVC膜的耐用年限,依使用環(huán)境不同在5~8年。為了改善PVC膜材的耐侯性,近年來已研發(fā)出以氟素系樹脂于PVC涂層材的表面處理上做涂層,以改善其耐侯性及防污性的膜材。 PVDF膜 PVDF是二氟化樹脂(Polyvinylidene Fluoride)的略稱,在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂涂層的材料稱為PVDF膜。PVDF膜與一般的PVC膜比較,耐用年限改善至7~10年左右。 PVF膜 PVF是一氟化樹脂(Polyvinyl Fluoride)的略稱。PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹脂做薄膜狀薄片(laminate)加工,比PVDF膜的耐久性更佳,更具有防沾污的優(yōu)點。但因為加工性、施工性與防火性都不佳,所以使用用途受到限制。 PTFE膜(PTFE Coated Fiberglass) PTFE膜是在超細(xì)玻璃纖維織物上,涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性與防污性高。但PTFE膜與PVC膜比較,材料費與加工費高,且柔軟性低,在施工上為避免玻璃纖維被折斷,須有專用工具與施工技術(shù)。 耐久性:涂層材的PTFE對酸、鹼等化學(xué)物質(zhì)及紫外線非常安定,不易發(fā)生變色或破裂。玻璃纖維在經(jīng)長期使用后,不會引起強度劣化或張力減低。膜材顏色一般為白色、透光率高,耐久性在25年以上。 防污性:因涂層材為聚四氟乙烯樹脂,表面摩擦系數(shù)低,所以不易污染,可藉由雨水洗凈。 防火性:PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗合格的特性,可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。
四、工程應(yīng)用 體育設(shè)施—體育場館、健身中心等 交通設(shè)施—機場、火車站、公交車站、高速公路收費站、加油站等 文化設(shè)施—展覽/會議中心、劇場、博物館、動物園、水族館等 觀景設(shè)施—建筑入口、泳池小品、小區(qū)長廊、戶外廣場、公園小品、標(biāo)識性建筑等 商業(yè)設(shè)施—購物中心、餐廳、步行街等 工業(yè)設(shè)施—工廠、倉庫、污水處理中心、物流中心、溫室