淺談空間創(chuàng)新建筑新形式—膜結(jié)構(gòu)
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,集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工與材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體,具有很高技術(shù)含量,有多種高強(qiáng)薄膜材料(PVC或Teflon)及加強(qiáng)構(gòu)件(鋼架、鋼柱或鋼索)通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結(jié)構(gòu),并能承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。
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國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”和國(guó)家游泳中心“水立方”,作為膜結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)典之作,如同站在炫目舞臺(tái)上的明星,驚艷動(dòng)人,光芒四射,讓大家對(duì)這種新型建筑嘆為觀止。2010年上海世博會(huì)集中,膜結(jié)構(gòu)建筑也繼2008年北京奧運(yùn)會(huì)之后再次得到完美體現(xiàn)。
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膜結(jié)構(gòu)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。按膜材特性又可分為永久性膜結(jié)構(gòu)(膜材是使用年限可超過25年)、半永久性膜結(jié)構(gòu)(膜材使用年限為10-20年)及臨時(shí)性膜結(jié)構(gòu)(膜材使用年限為3-8年)。
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膜結(jié)構(gòu)所用膜材料由基布和涂層兩部分組成,基布主要采用聚酯纖維和玻璃纖維材料;涂層材料主要為聚氯乙烯和聚四氟乙烯。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。
常用膜結(jié)構(gòu)面料種類:
1.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(diǎn)。但在強(qiáng)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(huì)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。
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2.PVDF
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10年左右或以上。
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3.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(fèi)與加工費(fèi)高,且柔軟性低,在施工上為避免玻璃纖維被折斷,須有專用治工具與施工技術(shù)。
(1)耐久性:涂層材的PTFE對(duì)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(zhǎng)期使用后,不會(huì)引起強(qiáng)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。
(2)防火性:PTFE膜符合近所有國(guó)家的防火材料試驗(yàn)合格的特性,可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。
(3)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。
膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
1.藝術(shù)性
膜結(jié)構(gòu)以造型學(xué)、色彩學(xué)為依托,可結(jié)合自然條件及民族風(fēng)情,根據(jù)建筑師的創(chuàng)意建造出傳統(tǒng)建筑難以實(shí)現(xiàn)的曲線及造型。
2.經(jīng)濟(jì)性
對(duì)于大跨度空間結(jié)構(gòu)來說,如果采用膜結(jié)構(gòu),其成本只相當(dāng)于傳統(tǒng)建筑的二分之一或更少,特別是在建造短期應(yīng)用的大跨度建筑時(shí),就更為經(jīng)濟(jì)。而且膜結(jié)構(gòu)能夠拆卸,易于搬遷。
3.節(jié)能性
由于膜材本身具有良好的透光率(10-20%),建筑空間白天可以得到自然的漫射光,可以節(jié)約大量用于照明的能源。
4.自潔性
膜材表面加涂的防護(hù)涂層(如PVDF、PTFE等),具有耐高溫的特點(diǎn),而且本身不發(fā)粘,這樣落到膜材表面的灰塵可以靠雨水的自然沖洗而達(dá)到自潔的效果。
5.大跨度無遮擋的可視空間
可視空間強(qiáng),跨度大,無遮擋。
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