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气枕式膜结构的发展

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2020-05-07 15:09【

传统意义上,膜结构按受力特性可分为张拉式膜结构 充气式膜结构 骨架式膜结构 。其中充气式膜结构又可分为气承式膜结构和气胀式膜结构。气枕式膜结构起源于气胀式膜结构 

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气胀式膜结构是指如同气球一般,将膜材包裹成封闭构件,向膜构件内部充气,使膜材产生张力,从而具有一定的刚度, 将多个膜构件组合形成整体受力体系 1970 年,在日本大阪世博会上,川口卫设计的香肠气胀式膜结构——日本富士馆引起了人们对气胀式膜结构的关注。这种结构形式不需要保持不同的室内 、外气压,舒适度较好,但结构受力不如气承式膜结构合理,跨度相对较小,在膜结构的发展初期应用较少。

随着人类对建筑功能要求的增加,透明 、轻盈且具有高性能的ETFE膜材研发取得成功。但其单张膜的抗拉强度相对于织物类膜材较低,难以对其附加过大的预应力使之张拉具有适当的刚度,常常采用气枕的形式多张共同受力 。凭借这种材料,气枕式膜结构逐渐兴起并迅速发展 。它将多层一般 )ETFE膜材周边热合并用夹具封闭固定在骨架上,内部充气使其形成气枕并具有一定刚度以抵抗外部荷载,自身仅起到围护结构的作用 。它属于气胀式膜结构和骨架式膜结构的结合,具有轻质 、透光 、隔热 、抗腐 、耐候 、自洁等良好性能,力学性能也极佳,被广泛应用于大型公共建筑中 



在国外,ETFE气枕式膜结构以德国慕尼黑安联球场和英国伊甸园工程为代表最为突出 。德国慕尼黑安联球场表面由2874块菱形ETFE气枕组成,具有较好的自洁 、防水 、防火以及隔热性能 。

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伊甸园工程作为世界上最大的温室,使用了625块六边形、16 块五边形和190块三角形的ETFE枕形膜结构,每块由3ETFE 膜叠加并充入空气,再沿边缘热合焊接,空气层具有较好的隔热作用,且透光率高,是非常好的温室建筑材料。

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在国内,首次采用ETFE气枕式膜结构的是北京奥运会国家游泳中心的“水立方”  盘点国内那些著名的膜结构建筑 点红字字即可查看“水立方”的详情介绍。

此后,ETFE气枕式膜结构在国内逐渐开始被广泛采用,下面选取几个工程实例:

(1)2010年上海世博会日本馆又名“紫蚕岛”,长度为95m,宽度为54m,总建筑面积为8397.1m2,整个建筑由单层网壳穹顶覆盖,围护结构采用了双层ETFE气枕,并在膜内配合太阳能电池,可以充分利用太阳能实现发电发光的能。

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(2) 广州南站中央通廊位于站房的中部,采光屋面系统由1182个菱形的气枕组成, 气枕上层采用0.25mm厚蓝色透明的ETFE膜材内表面镀银点(镀点率70%),下层同样采用0.25mm厚蓝色透明ETFE膜 。

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(3) 大连体育中心体育场是第12届全国运动会的主要比赛场馆之一,整体平面为椭圆形,长轴方向长度为320m,短轴方向长度为293m,其罩棚外围护顶棚和下部看台外立面幕墙均采用了ETFE气枕膜结构 。

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(4) 天津于家堡站房穹顶为京津城际铁路的延伸线,主体结构是由36根正螺旋和36根反螺旋组成的箱形截面钢结构单层网壳结构,主要部分采用了3层ETFE气枕覆盖, 每块气枕的尺寸和形状都不相同,膜结构设计与施工难度较大,膜材表面带有不同印点率的银色印刷圆点,以便很好地调节太阳辐射作用,减少太阳辐射对下部主体结构的温度效应 

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