ETFE充气式膜结构在建筑中的应用

1、ETFE充气式膜结构在建筑中的应用 膜结构建筑是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式。它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉 同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。膜结构骨架式张拉式充气式（ETFE）原理原理 充气式膜结构是一个相对密闭的空间结构，与传统空间结构建筑不一样的是，它通过风机向结构内部鼓风送气，使膜结构内外保持一定的压力差，以保证膜结构体系的刚度，维持所设计的形状。 一次性充满气后系统仍会持续充入少量气体，以平衡节点与接缝外渗的气体。停止供应空气后可以保持48小时压力不变。历史历史回顾回顾 191

2、7年首次有人提出气承式帐篷1946年建成美国第一个充气膜结构（军方雷达防护罩）1970年日本大阪世博会上引起了国际关注（美国馆、日本馆）1975年开始相继出现在体育建筑中（银色穹顶）2001年建成真正意义的ETFE充气结构（伊甸园）2008年水立方使得ETFE膜结构在国内得到应用ETFE乙烯乙烯- -四氟四氟乙烯乙烯共聚物共聚物电气绝缘电气绝缘性性自洁性自洁性（防污性）（防污性）难燃性难燃性（防火（防火1级）级）抗冰雹冲抗冰雹冲击击耐腐蚀性耐腐蚀性抗老化性抗老化性高透光性高透光性耐候性耐候性节点节点ETFE膜材之间的连接：熔接方式一方式二节点节点ETFE与PTFE的连接节点节点 为了和其他结构

3、构件连接，需要将ETFE单元边界留绳袋后熔接，然后穿入防脱绳，以将膜单元的应力传递到主构件上。用机器熔接节点节点ETFE与钢连接节点方式一方式二节点节点 供气节点相当于气枕的“喉咙”，这个位置必须保证顺畅供气以及与膜材之间的密封性。典型的双侧气枕接口构造 充气式膜结构具有较好的抗压性，人们在上面“玩蹦床”都没问题，“正常的放上一辆汽车都不会压坏”。强度强度 充入空气的气枕具有高强度表面张力。 虽然它可能被利器刺破，但它高度抗撕裂性使得破损不会向更大范围发展，还能自我修复，通常不需要更换整个气枕。施工施工现场现场 为了保证气枕的完整，封闭好的膜面需立刻安装到支撑结构中，以免褶皱和风荷载造成破坏。

4、 ETFE薄膜气泡可在现场外预制，并装在面板上。面板通过独立于支撑结构的可调部件进行提升，并装配在立面上。当面板就位后，将为气泡充气的通风管附着在面板上，并连接到气泵进行充气。防脱绳 位于马格纳的航空展览馆，在一位于马格纳的航空展览馆，在一个废弃的钢铁厂内，采用的是以索网个废弃的钢铁厂内，采用的是以索网支撑支撑ETFE气枕构成的单向索网结构。气枕构成的单向索网结构。航空展览馆在建筑中的运用 由两个钢管围合成的椭圆形支撑环通过斜向支撑固定由两个钢管围合成的椭圆形支撑环通过斜向支撑固定在展馆两端。在两个支撑环之间是在展馆两端。在两个支撑环之间是11个纵向排列的个纵向排列的ETFE充气气枕，气枕间每

5、隔充气气枕，气枕间每隔6.1m便设置一处连接点与外部索网便设置一处连接点与外部索网相连，再通过索网与原有钢结构连接。气枕在受制于外部相连，再通过索网与原有钢结构连接。气枕在受制于外部索网限定的同时，也反作用于外部索网。索网限定的同时，也反作用于外部索网。Meiderich剧场 采用采用ETFE膜面顶棚，不但自重轻，而且可缓解结膜面顶棚，不但自重轻，而且可缓解结构的变形和运动。另外，气枕还对改善剧场里声学有良构的变形和运动。另外，气枕还对改善剧场里声学有良好的效果。由于顶棚高度透明，人们坐在剧场中仍可看好的效果。由于顶棚高度透明，人们坐在剧场中仍可看到高大的煅烧炉。到高大的煅烧炉。 位于杜伊斯堡

6、的位于杜伊斯堡的Meiderich剧场。它将一座废弃的炼铁剧场。它将一座废弃的炼铁厂改造成公告文化设施。为厂改造成公告文化设施。为了适应原炼铁厂遗留的管道了适应原炼铁厂遗留的管道布局，由布局，由T形钢构成的顶棚形钢构成的顶棚滑轨在钢管支撑下必须成波滑轨在钢管支撑下必须成波浪形起伏。浪形起伏。 剧院的可伸缩摸顶为废弃的铁厂注入新活力。 轻质的ETFE气枕式膜结构体系适用于建造大尺度可移动结构。Meiderich剧场答:受到声波作用时，在共振频率附近具有最大的声吸收 声学声学通过调节对气枕的充气量可以改变系统的共振频率，可达到选择性吸收不同频率声音的目的。式中f0-共振频率M0-膜的单位面积质量

7、L-封闭空气层的厚度封闭空气层的厚度薄膜吸声结构的原理？ 法兰克福巴赛尔人广场上的卵形建筑钢杆件和ETFE气枕被用来建造庭院顶棚。 平缓的坡面是为了避免气枕在泄气后产生积水。通 过下弦杆件张拉间隔3.5m的支撑肋最终形成向上隆起的曲面。 支撑肋由钢管构成，V形短柱与之垂直排布。来自上弦的水平荷载通过索网传递到环梁上，环梁将荷载最终传到下部支撑结构体中。 荷载传递：风、雪荷载 ETFE气枕 上弦杆件 V形短柱 索网 环形梁 下部支撑结构防脱绳哥本哈根住宅楼柏林拉迪孙酒店中庭采用ETFE气枕取代玻璃，降低了屋面板损坏可能对5层楼高水族馆的破坏。旅馆中庭可通过吊装开启，以便于水族馆的维修安装。慕尼黑

8、安联球场照明照明LED灯光线光线调节调节加州艺术学院两膜合并时两膜分开后在白天，表面能将光和热透入下面。在晚上，其天窗像灯笼发光。实例分析水立方实例分析水立方 “水立方”（Water Cube）是国家游泳中心，位于北京奥林匹克公园内。是世界上规模最大的膜结构工程，也是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。规划建设用地 62950m，总建筑面积 6.5万-8万m，长宽高分别为 177m 177m 30m。实例分析水立方结构体系地上：钢网架结构和膜结构地下和基础：钢筋混凝土结构 钢网架和地下混凝土中的钢筋焊接在一起，就形成了一个立方体的笼子，使整个场馆成为一个整体，达到抗击8级地震的标准

9、。 这种避雷网完全依靠自身的结构材料，作为引线与地下连接，不用再单独设立避雷针，就能把雷电导入地下。实例分析水立方 水立方的设计应用泡沫结构原理，一个个12与14面体的气泡连续组成的四方体简约又高贵，碧澄天色的投影为之镀上纯净优雅的自然。三维空间内各部分的接触表面积最小，运用到钢结构中，所用的钢材就最省。 外表柔弱的水立方，身上却有1.2万个承重节点，这些节点能够均匀地承担建筑物的重量。钢结构钢结构实例分析水立方 面及支撑墙结构由新型多面体空间钢架构成水滴的骨架。结构节点形式分为球型、半球型、方钢管相贯三种，杆件分为圆钢管、方钢管两种形式。典型节点 实例分析水立方实例分析水立方ETFE充气式膜

10、结构充气式膜结构 水立方整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到10万平方米。实例分析水立方 镀点在屋面和里面的不同位置排列密度不同。顶棚上的镀点比东西墙要紧，是为了在中午阻隔强光的进入：靠近地面的气枕上，镀点就稀一些，这是为了让更柔和的光进来。上亿个镀点组成了屏障，把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外，既实现了游泳中心室内光热的平衡，也起到阻隔、反射光线的作用。在镀点之间，光线仍然可以自用通过，保证场馆的照明温度，调节着室内的日光。镀点镀点水立方墙体剖面构造图水立方墙体剖面构造图 为了达到177m的跨距，钢结构墙体和屋面的厚度分别达到了3.6m和7.2m。墙体和屋

11、面均由双层膜结构表皮组成。72003600C:C:外表皮屋顶细部构造外表皮屋顶细部构造B:B:外表皮墙体与屋顶连接的细部构造外表皮墙体与屋顶连接的细部构造D:D:内表皮墙体与屋顶连接的细部构造内表皮墙体与屋顶连接的细部构造A:A:外表皮墙体与地面连接的细部构造外表皮墙体与地面连接的细部构造伟大工程巡礼 北京水立方ETFE气枕气枕玻璃玻璃自重轻，运费低灰常重，运费高透光性好，可调节光线不能避免直射反光弱易反光，光污染耐污不怕脏表面易脏常清洗可吸噪声隔音好隔音效果良强度高，不怕掉易碎易脱落不安全可100%回收利用回收率低玻璃天窗ETFE膜案案例例ETFE膜有自洁功能，使膜的表面基本上不沾灰尘。即使沾上灰尘，自然降水也足以使之清洁如新。新材料1 2 3最前沿最前沿2014年10月18日，号称全球最大穹顶建筑的新加坡国家体育场，拿下 2014 世界建筑节的年度体育建筑奖项。新加坡体育场穹顶由半透明的 ETFE 膜材制成，然后借用金属索具完成支撑。ETFE穹顶可根据天气状况打开或关闭，使之既能在热带高温下保持室内凉爽，也能在雨天防止雨水侵蚀。展望展望 同工业革命一样,