ETFE充氣式膜結(jié)構(gòu)在建筑中應(yīng)用

1、ETFE充氣式膜結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用 膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀(jì)最具代表性與充滿前途的建筑形式。它打破了純直線建筑風(fēng)格的模式，以其獨(dú)有的優(yōu)美曲面造型，簡(jiǎn)潔、明快、剛與柔、力與美的完美組合，呈現(xiàn)給人以耳目一新的感覺 同時(shí)給建筑設(shè)計(jì)師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。膜結(jié)構(gòu)骨架式張拉式充氣式（ETFE）原理原理 充氣式膜結(jié)構(gòu)是一個(gè)相對(duì)密閉的空間結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)建筑不一樣的是，它通過風(fēng)機(jī)向結(jié)構(gòu)內(nèi)部鼓風(fēng)送氣，使膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外保持一定的壓力差，以保證膜結(jié)構(gòu)體系的剛度，維持所設(shè)計(jì)的形狀。 一次性充滿氣后系統(tǒng)仍會(huì)持續(xù)充入少量氣體，以平衡節(jié)點(diǎn)與接縫外滲的氣體。停止供應(yīng)空氣后可以保持48小時(shí)壓力不變。歷史歷史回顧回顧 191

2、7年首次有人提出氣承式帳篷1946年建成美國(guó)第一個(gè)充氣膜結(jié)構(gòu)（軍方雷達(dá)防護(hù)罩）1970年日本大阪世博會(huì)上引起了國(guó)際關(guān)注（美國(guó)館、日本館）1975年開始相繼出現(xiàn)在體育建筑中（銀色穹頂）2001年建成真正意義的ETFE充氣結(jié)構(gòu)（伊甸園）2008年水立方使得ETFE膜結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)得到應(yīng)用ETFE乙烯乙烯- -四氟四氟乙烯乙烯共聚物共聚物電氣絕緣電氣絕緣性性自潔性自潔性（防污性）（防污性）難燃性難燃性（防火（防火1級(jí)）級(jí)）抗冰雹沖抗冰雹沖擊擊耐腐蝕性耐腐蝕性抗老化性抗老化性高透光性高透光性耐候性耐候性節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)ETFE膜材之間的連接：熔接方式一方式二節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)ETFE與PTFE的連接節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 為了和其他結(jié)構(gòu)

3、構(gòu)件連接，需要將ETFE單元邊界留繩袋后熔接，然后穿入防脫繩，以將膜單元的應(yīng)力傳遞到主構(gòu)件上。用機(jī)器熔接節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)ETFE與鋼連接節(jié)點(diǎn)方式一方式二節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 供氣節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于氣枕的“喉嚨”，這個(gè)位置必須保證順暢供氣以及與膜材之間的密封性。典型的雙側(cè)氣枕接口構(gòu)造 充氣式膜結(jié)構(gòu)具有較好的抗壓性，人們?cè)谏厦妗巴姹拇病倍紱]問題，“正常的放上一輛汽車都不會(huì)壓壞”。強(qiáng)度強(qiáng)度 充入空氣的氣枕具有高強(qiáng)度表面張力。 雖然它可能被利器刺破，但它高度抗撕裂性使得破損不會(huì)向更大范圍發(fā)展，還能自我修復(fù)，通常不需要更換整個(gè)氣枕。施工施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng) 為了保證氣枕的完整，封閉好的膜面需立刻安裝到支撐結(jié)構(gòu)中，以免褶皺和風(fēng)荷載造成破壞。

4、 ETFE薄膜氣泡可在現(xiàn)場(chǎng)外預(yù)制，并裝在面板上。面板通過獨(dú)立于支撐結(jié)構(gòu)的可調(diào)部件進(jìn)行提升，并裝配在立面上。當(dāng)面板就位后，將為氣泡充氣的通風(fēng)管附著在面板上，并連接到氣泵進(jìn)行充氣。防脫繩 位于馬格納的航空展覽館，在一位于馬格納的航空展覽館，在一個(gè)廢棄的鋼鐵廠內(nèi)，采用的是以索網(wǎng)個(gè)廢棄的鋼鐵廠內(nèi)，采用的是以索網(wǎng)支撐支撐ETFE氣枕構(gòu)成的單向索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。氣枕構(gòu)成的單向索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。航空展覽館在建筑中的運(yùn)用 由兩個(gè)鋼管圍合成的橢圓形支撐環(huán)通過斜向支撐固定由兩個(gè)鋼管圍合成的橢圓形支撐環(huán)通過斜向支撐固定在展館兩端。在兩個(gè)支撐環(huán)之間是在展館兩端。在兩個(gè)支撐環(huán)之間是11個(gè)縱向排列的個(gè)縱向排列的ETFE充氣氣枕，氣枕間每

5、隔充氣氣枕，氣枕間每隔6.1m便設(shè)置一處連接點(diǎn)與外部索網(wǎng)便設(shè)置一處連接點(diǎn)與外部索網(wǎng)相連，再通過索網(wǎng)與原有鋼結(jié)構(gòu)連接。氣枕在受制于外部相連，再通過索網(wǎng)與原有鋼結(jié)構(gòu)連接。氣枕在受制于外部索網(wǎng)限定的同時(shí)，也反作用于外部索網(wǎng)。索網(wǎng)限定的同時(shí)，也反作用于外部索網(wǎng)。Meiderich劇場(chǎng) 采用采用ETFE膜面頂棚，不但自重輕，而且可緩解結(jié)膜面頂棚，不但自重輕，而且可緩解結(jié)構(gòu)的變形和運(yùn)動(dòng)構(gòu)的變形和運(yùn)動(dòng)。另外，氣枕還對(duì)改善劇場(chǎng)里聲學(xué)有良。另外，氣枕還對(duì)改善劇場(chǎng)里聲學(xué)有良好的效果。由于頂棚高度透明，人們坐在劇場(chǎng)中仍可看好的效果。由于頂棚高度透明，人們坐在劇場(chǎng)中仍可看到高大的煅燒爐。到高大的煅燒爐。 位于杜伊斯堡

6、的位于杜伊斯堡的Meiderich劇場(chǎng)。它將一座廢棄的煉鐵劇場(chǎng)。它將一座廢棄的煉鐵廠改造成公告文化設(shè)施。為廠改造成公告文化設(shè)施。為了適應(yīng)原煉鐵廠遺留的管道了適應(yīng)原煉鐵廠遺留的管道布局，由布局，由T形鋼構(gòu)成的頂棚形鋼構(gòu)成的頂棚滑軌在鋼管支撐下必須成波滑軌在鋼管支撐下必須成波浪形起伏浪形起伏。 劇院的可伸縮摸頂為廢棄的鐵廠注入新活力。 輕質(zhì)的ETFE氣枕式膜結(jié)構(gòu)體系適用于建造大尺度可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。Meiderich劇場(chǎng)答:受到聲波作用時(shí)，在共振頻率附近具有最大的聲吸收 聲學(xué)聲學(xué)通過調(diào)節(jié)對(duì)氣枕的充氣量可以改變系統(tǒng)的共振頻率，可達(dá)到選擇性吸收不同頻率聲音的目的。式中f0-共振頻率M0-膜的單位面積質(zhì)量 L

7、-封閉封閉空氣層的厚度空氣層的厚度薄膜吸聲結(jié)構(gòu)的原理？ 法蘭克福巴賽爾人廣場(chǎng)上的卵形建筑鋼桿件和ETFE氣枕被用來(lái)建造庭院頂棚。 平緩的坡面是為了避免氣枕在泄氣后產(chǎn)生積水。通 過下弦桿件張拉間隔3.5m的支撐肋最終形成向上隆起的曲面。 支撐肋由鋼管構(gòu)成，V形短柱與之垂直排布。來(lái)自上弦的水平荷載通過索網(wǎng)傳遞到環(huán)梁上，環(huán)梁將荷載最終傳到下部支撐結(jié)構(gòu)體中。 荷載傳遞：風(fēng)、雪荷載 ETFE氣枕 上弦桿件 V形短柱 索網(wǎng) 環(huán)形梁 下部支撐結(jié)構(gòu)防脫繩哥本哈根住宅樓柏林拉迪孫酒店中庭采用ETFE氣枕取代玻璃，降低了屋面板損壞可能對(duì)5層樓高水族館的破壞。旅館中庭可通過吊裝開啟，以便于水族館的維修安裝。慕尼黑安

8、聯(lián)球場(chǎng)照明照明LED燈光線光線調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)加州藝術(shù)學(xué)院兩膜合并時(shí)兩膜分開后在白天，表面能將光和熱透入下面。在晚上，其天窗像燈籠發(fā)光。實(shí)例分析水立方實(shí)例分析水立方 “水立方”（Water Cube）是國(guó)家游泳中心，位于北京奧林匹克公園內(nèi)。是世界上規(guī)模最大的膜結(jié)構(gòu)工程，也是惟一一個(gè)完全由膜結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行全封閉的大型公共建筑。規(guī)劃建設(shè)用地 62950m，總建筑面積 6.5萬(wàn)-8萬(wàn)m，長(zhǎng)寬高分別為 177m 177m 30m。實(shí)例分析水立方結(jié)構(gòu)體系地上：鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)地下和基礎(chǔ)：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼網(wǎng)架和地下混凝土中的鋼筋焊接在一起，就形成了一個(gè)立方體的籠子，使整個(gè)場(chǎng)館成為一個(gè)整體，達(dá)到抗擊8級(jí)地震的標(biāo)準(zhǔn)。

9、 這種避雷網(wǎng)完全依靠自身的結(jié)構(gòu)材料，作為引線與地下連接，不用再單獨(dú)設(shè)立避雷針，就能把雷電導(dǎo)入地下。實(shí)例分析水立方 水立方的設(shè)計(jì)應(yīng)用泡沫結(jié)構(gòu)原理，一個(gè)個(gè)12與14面體的氣泡連續(xù)組成的四方體簡(jiǎn)約又高貴，碧澄天色的投影為之鍍上純凈優(yōu)雅的自然。三維空間內(nèi)各部分的接觸表面積最小，運(yùn)用到鋼結(jié)構(gòu)中，所用的鋼材就最省。 外表柔弱的水立方，身上卻有1.2萬(wàn)個(gè)承重節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)能夠均勻地承擔(dān)建筑物的重量。鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)例分析水立方 面及支撐墻結(jié)構(gòu)由新型多面體空間鋼架構(gòu)成水滴的骨架。結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式分為球型、半球型、方鋼管相貫三種，桿件分為圓鋼管、方鋼管兩種形式。典型節(jié)點(diǎn) 實(shí)例分析水立方實(shí)例分析水立方ETFE充氣式膜結(jié)

10、構(gòu)充氣式膜結(jié)構(gòu) 水立方整體建筑由3000多個(gè)氣枕組成，氣枕大小不一、形狀各異，覆蓋面積達(dá)到10萬(wàn)平方米。實(shí)例分析水立方 鍍點(diǎn)在屋面和里面的不同位置排列密度不同。頂棚上的鍍點(diǎn)比東西墻要緊，是為了在中午阻隔強(qiáng)光的進(jìn)入：靠近地面的氣枕上，鍍點(diǎn)就稀一些，這是為了讓更柔和的光進(jìn)來(lái)。上億個(gè)鍍點(diǎn)組成了屏障，把刺眼的光線和多余的熱量擋在場(chǎng)館之外，既實(shí)現(xiàn)了游泳中心室內(nèi)光熱的平衡，也起到阻隔、反射光線的作用。在鍍點(diǎn)之間，光線仍然可以自用通過，保證場(chǎng)館的照明溫度，調(diào)節(jié)著室內(nèi)的日光。鍍點(diǎn)鍍點(diǎn)水立方墻體剖面構(gòu)造圖水立方墻體剖面構(gòu)造圖 為了達(dá)到177m的跨距，鋼結(jié)構(gòu)墻體和屋面的厚度分別達(dá)到了3.6m和7.2m。墻體和屋面

11、均由雙層膜結(jié)構(gòu)表皮組成。72003600C:C:外表皮屋頂細(xì)部構(gòu)造外表皮屋頂細(xì)部構(gòu)造B:B:外表皮墻體與屋頂連接的細(xì)部構(gòu)造外表皮墻體與屋頂連接的細(xì)部構(gòu)造D:D:內(nèi)表皮墻體與屋頂連接的細(xì)部構(gòu)造內(nèi)表皮墻體與屋頂連接的細(xì)部構(gòu)造A:A:外表皮墻體與地面連接的細(xì)部構(gòu)造外表皮墻體與地面連接的細(xì)部構(gòu)造偉大工程巡禮 北京水立方玻璃天窗ETFE膜案案例例ETFE膜有自潔功能，使膜的表面基本上不沾灰塵。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新。新材料1 2 3最前沿最前沿2014年10月18日，號(hào)稱全球最大穹頂建筑的新加坡國(guó)家體育場(chǎng)，拿下 2014 世界建筑節(jié)的年度體育建筑獎(jiǎng)項(xiàng)。新加坡體育場(chǎng)穹頂由半透明的 ETFE 膜材制成，然后借用金屬索具完成支撐。ETFE穹頂可根據(jù)天氣狀況打開或關(guān)閉，使之既能在熱帶高溫下保持室內(nèi)涼爽，也能在雨天防止雨水侵蝕。展望展望 同工業(yè)革命一樣,ETFE的