第六节 建筑和设施用纺织品

第六节建筑和设施用纺织品

目前纺织品被广泛地用于一些大型建筑设施的外壳。如用于运动场、机场、展览厅、体育馆、陈列厅以及仓库等。因为合纤具有强度高、疏水(拒水)性好、耐腐烂、防霉等特性，而这些性能正是供建筑和设施用材料必不可少的。

为了2006年世界杯足球赛，柏林奥林匹克体育场（德国）安装了独特的看台顶棚，用了62000平方米新特性涂覆玻璃纤维织物。充气大厅休闲帐篷

纺织品用于建筑结构材料的优点有：

1．纺织品材料重量轻，可节省支撑结构和加强材料，降低造价。

2．纺织品结构材料方便建造大跨度建筑。

3．纺织品材料和常规结构材料相比，织物外壳层的建造时间可显著缩短。

4．织物外壳轻巧，很容易取下移置别处。

5．织物不易裂开，由于其结构特点，外壳磨损或受撞击产生的损伤只限于较小部位，损伤处修复很方便，能较好地承受地震等严重破坏力。

6．纺织材料结构，方便造形设计。

建筑业中常采用膜结构材料。膜结构有三种类型：薄膜、网材和织物。薄膜是未经涂层和层合的薄片状透明材料。如聚酯和聚乙烯薄膜，比纺织品价廉，但耐用性不如纺织品。网材为多孔性织物，网材用作挡风和遮阳等遮蔽物，但不能防雨。薄膜和网材不能用于充气。织物一般要用合成材料涂层或层合，以提高强度和抗环境侵蚀能力。

一、建筑和设施用涂层织物用于建筑和设施的纺织品，常受到风、雨、日光等自然条件的侵蚀，因此这类纺织品必须具有一定的承受张力能力，不易变形和伸长，还应具有防水、不透气、挡风、抗降解、耐磨损、抗机械损伤、一定的透过或反射光线能力。根据使用要求，可以通过对基布采用特殊的涂层处理，以满足这些要求。

(一)基布基布通常由合成纤维制成，合成纤维材料重量较轻，强力较大，形成载体层为结构材料提供必要的强度。

1．基布所使用的原料芳纶、碳纤维、高强聚酯纤维、聚四氟乙烯、玻璃纤维和锦纶纤维等均可用于基布材料，这些材料各有特点，目前使用最多的是聚酯纤维。芳纶、碳纤维、聚四氟乙烯纤维具有优异的性能，但价格昂贵。锦纶用于膜结构材料，它比聚酯纤维更耐用，但价格较高，且伸长较大；玻纤织物经受张力拉伸后不再伸长，不会产生褶皱或鼓胀，玻纤织物能反射较高比率的日晒热量，保持结构内部阴凉。

短纤纱和长丝均可用于基布织物，短纤纱捻度选用不能太小，以提高承受拉伸负载的能力，并防止纤维间滑移，否则纱线会过早断裂。长丝强度和伸长特性好，能承受较大拉伸负载。长丝捻度小些，织造时会压扁，使织物覆盖系数增大。

2．基布的加工基布使用最多的是机织物，机织物坚牢、稳定性好，组织多以平纹、斜纹简单织物组织为主，基布也可以是针织、经编、非织造布及缝编织物。供涂层的基布，一般布重为112~198g／㎡。高收缩长丝织成基布在涂层前，一定要经过热定型，以免涂层时过度收缩。收缩率较小和中等收缩率的纱线织成的织物不需要进行热定型，用稀松织物生产层合织物时，基布一般不用煮练退浆，因为层合织物靠的是层片间的相互粘结，而不是层片和织物之间的粘结。

3．基布的拼接因用于建筑和设施用纺织品面积较大。尽管宽幅机织物最宽可达5米，但根据结构的形状和大小，仍要对织物进行裁切和拼接。拼接可以采用热压熔接，使风和雨不能透过。可采用专门技术保证熔接良好。(二)涂层和层合涂层和层合的目的是为了使织物具有：防水性能，使基布免受阳光和气候影响而降解。涂层用聚合物：天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、硅橡胶、聚氟乙烯和氟橡胶等。最常用的是聚氯乙烯和聚四氟乙烯，或具有阻燃性能的硅涂层材料。

玻纤织物常涂聚四氟乙烯材料以提高耐用性，并使其具有阻燃性。聚氯乙烯（PVC）涂层布经聚氨酯表面处理使之具有“自清洁”功能和保护性能。层合常选用乙烯基薄膜，并把其复在聚酯或锦纶机织或针织网状织物上，如聚酯织物可以用PVC涂层也可用PVC膜层合。

用于建筑和设施用涂层织物，为提高其使用寿命，常采用具有阻断紫外线功能的涂层材料，在涂层时要把整个织物的所有组织交叉点都覆盖住，涂层产品根据使用情况来选择涂层剂及涂层厚度。为提高涂层产品的尺寸稳定性，可在涂层前或涂层时把聚酯织物进行预拉伸，使织物经纬方向纱线张力特性一致。

涂层织物的特点是：一般比同类层合织物价格要贵一些，但其抗拉强度较高，耐弯曲性能较好，耐磨损性能较优，使用寿命较长。层合的特点是：造价便宜，具有良好的抗撕裂性能，但是在受反复弯曲和风力劲吹的情况下容易产生分层现象。(三)建筑和设施用涂层织物的性能

1．性能要求：抗拉强度大、伸长合适、熔点高、防水、韧度高、抗腐烂、防霉、耐气候、抗老化、干湿状态尺寸稳定性好；抗紫外辐射、耐高低温、阻燃、耐磨损和抗撕裂、重量轻、挠曲性好。同时要尽量降低成本。

2．建筑用涂层织物最重要的性能指标是剩余强度。经实验证明，聚酯和尼龙66织物涂PVC产品经受载荷5年后作的拉伸试验，强力约损失10％；，用涂PVC聚酯织物充气结构材料经8年后其拉伸结果，强力也是损失10%，而撕裂强度则损失更大。这是因为使用过程中织物发脆所致。涂聚四氟乙烯玻纤织物和涂PVC聚酯织物各项性能比较二、涂层织物在建筑结构中的应用

在建筑和设施中用得最广泛的纺织品材料是涂PVC的聚酯织物，涂聚四氟乙烯的玻璃纤维织物和经硅材料涂层的玻璃纤维织物。

膜结构可分为如下的四类：

(一)帐篷最早使用帐篷的是牧民、后来帐篷广泛用于探险、军事、野营旅游等，现在用于商贸、展览、休闲消遣等方面。

(二)牵拉结构所谓的牵拉结构篷面建筑，是指必须用金属支架、牵拉缆绳、木质或金属框架来支撑织物。这种结构需要一个相对较小、但很结实的支撑系统，因为织物承受着绝大部分负荷。织物绷得紧紧的，因此必须具有高强度。牵拉结构是曲线形的，因此篷面织物应该具有或制成弯曲形状来承受负荷。虽然牵拉型结构可以设计成各种形态，但基础建筑单元形状一般都是双曲抛物面和双曲面。篷面织物做成相对于某一交叉点呈曲率相反的双向弯曲，交叉拱截面为抛物线。篷面锚固的方式主要有两种：插塞或夹住。

图4—11牵拉结构示意图

(三)净跨度结构净跨度结构也可称为净跨度帐篷，使篷面下面有一个宽敞的空间，没有支杆和其它支撑器材。多采用涂PVC聚酯织物材料，由框架拱梁上的凹槽使之绷紧，即不用支杆、撑柱等。制作良好的净跨度篷面建筑很稳固，它比一般的帐篷使用寿命长，但比不上充气式和牵拉结构。和一般帐篷相比，更容易设置门户、地板、隔热层、电力设施和采暖、通风、空调等装置。(四)充气结构充气结构的建造方法有两类：

(1)篷面下的气压使篷面保持鼓胀状态，构成所要求的造型和稳定性。充气系统的主要构成有篷面织物、鼓胀系统(风扇)、锚固系统(缆绳和基础)以及门户和通道设施。涂PVC的聚酯织物是常用的材料。加压充气结构是模块式建筑物，几乎可以设计制成任何曲面形状。

(2)空气鼓胀肋柱或空气梁用来支撑这种结构。空气梁是压缩空气鼓胀起来的管状支撑体。

世界上具有代表性的织物建筑设施有亚特兰大乔治亚圆顶(缆绳支撑)、加里福尼亚的小公牛百货商店、印第安纳玻里斯充气结构圆顶。对需要大跨度的场所如体育场顶篷和机场候机室等，牵拉结构设计更受欢迎。例如沙特阿拉伯吉达国际机场哈吉候机室建筑，它是世界上最大的牵拉结构篷面建筑，使用涂聚四氟乙烯的玻璃纤维织物材料制成。织物面积超过50万平方米。最新的牵拉结构篷面建筑是丹佛新国际机场候机室，它用双层涂特氟隆玻纤织物篷面作顶。篷面设计成可透过光线，使整个场所都有足够的光照，顶篷由钢制栓柱和缆绳吊住，面积为2万平方米。(五)涂层织物设计建筑用织物上的三种主要应力是：作用于绷紧织物上的负载产生的拉伸应力；悬挂织物的自身重量；风、雨、雪等自然力产生的应力。膜结构建筑可用于短期使用结构和长期使用结构，短期或暂时使用的结构通常可用现成的标准规格织物。对长期和永久性的使用场合，首先要考虑使用条件和环境，结构的尺寸大小、使用期限、使用目的、活动的还是锚固于坚牢的结构上、成本、消防要求、负荷等，然后根据使用条件，选用织物原料、织物加工方法、涂层物质（或层合物）、涂层方法等。

例如，重量较轻的聚酯织物(203～271g／㎡)可用作隔声和隔热衬。防水阻燃涂层帆布可用于防御寒冷的设施，织物起到保温作用，可在最低温度为零下40℃地区整个冬季连续使用。较重的聚酯织物材料(680～880g／㎡)用于露天长期使用。玻璃纤维基布是体育场顶篷(包括充气式和缆绳支撑式两类)和其它永久性建筑的首选材料。三、遮阳篷和雨篷用织物材料制成的遮阳篷和雨篷是遮蔽结构设施中最普通的型式。遮阳篷广泛用于商贸和家居建筑物，其主要作用是遮阳，还可以起标志和装饰作用。遮阳篷由支架和织物覆盖层组成。遮雨篷的构成同遮阳篷一样，在大多数使用情况下，织物覆盖物同时发挥遮雨和遮阳作用。

遮阳篷和遮雨篷织物的性能要求主要与其使用场合有关，无论那一种使用情况除了要具有建筑和设施用纺织品应具有的性能之外，还要考虑的性能因素有：防火、防霉和抗紫外辐射、透明度、清洁性、织物重量等。用于一般家居的遮阳篷和遮雨篷，除了其装饰作用外，更主要的是其功能性，如遮阳防雨的有效性，耐气候性等。例如用于沙特阿拉伯麦地那穆罕默德清真寺的伞篷，其伞面织物是用高强聚四氟乙烯纤维制成，耐弯曲疲劳寿命长，并能抗紫外线辐射。四、纤维增强混凝土和纤维增强水泥材料

在土木工程中，经常使用到水泥，当以水泥为基体时，受到拉伸应力或冲击负荷时会产生脆性断裂。为改善其机械性能和减少混凝土的破碎，可在基体中渗入少量纺织纤维，来增强基体的韧度或拉伸性能，用纤维增强的混凝土和水泥其应用领域有：路面、装饰覆面、木材代用品、薄壳屋顶、防裂加筋混凝土罐的内防水加固、耐久性模板、盛水罐、游泳池、谷物仓等。

当以纤维为增加材料与水泥基体材料在一起使用时，纤维的断裂伸长和水泥颗粒的大小，将会影响到二者作用效果。纺织纤维的断裂伸长比基体损坏时的应变量要大二至三个数量级。因此在达到纤维断裂强度之前基体早已碎裂。如果纤维含量不大，纤维的弹性模量比水泥基体小，复合材料的模量和基体的模量不会相差很大。

用于增强混凝土和增强水泥的纤维材料主要分为两类：

(1)模量比水泥基体小的纤维这类纤维有纤维素纤维、尼龙和聚丙烯。如果用这类纤维来支撑使复合材料破裂的永久性高应力，那么随着时间的推移，会产生相当大的伸长或挠曲。因此这类纤维一般用在基体不会发生