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室外光幕(戶外膜) 
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戶外膜材的起源:

當代戶外膜材結構技術的起源可以追溯到十九世紀具有歷史的“帳篷”。舉例來說,機械紡紗和織布的出現創造出了便于攜帶的巨大的帳篷,而帳篷的問世又為十九世紀后半期大量出現的四處流動的馬戲團提供了前提條件。有的帳篷直徑高達50米,由機械制造的亞麻和帆布制成。圍繞在圓形吊環四周的四根中柱在帳篷的中心附近支撐著馬戲團帳篷。這些就是流動的結構建筑,并由此能夠保護人類免受氣候的制約。這些設計同時也體現了當代索膜結構的兩個最主要的特征:可變的表面形狀和預應力。


戶外膜材的形狀:

戶外膜材結構提供無限多樣的形狀,從而在影響其空間品質方面具有極大的自由度。膜結構造型的過程是一個基于透徹理解這種類型結構的嚴格的擴展過程。制作簡單的物理模型可以與鉛筆繪制的草圖進行比較,要設計和構建膜結構的每個人員都應試驗采用物理建模法。物理建模法有助于理解張力平衡狀態下的雙彎曲膜結構。皂膜和衣膜模型以及彈性機械建模技術,都可成功地用于此用途。計算機模型的構建,比如物理建模過程,始于邊界條件的布局。然后即可通過數值迭代過程來生成三維模型。

1、反向張力膜結構?反向彎曲形狀,或者是具有張力并且穩定的雙彎曲鞍形形狀。張力和穩定性來自于膜平面及其線性邊界的機械預應力。

2、同向彎曲張力膜結構 ?同向彎曲形狀,或者是具有張力和穩定性的雙彎曲球形形狀。張力和穩定性由氣壓或水壓垂直作用于膜曲面而產生。這種類型的結構包括空氣承式結構和充氣式結構。


戶外膜材應用和分類:

戶外膜材建筑結構已廣泛應用于廣大范圍的建筑物,服務于各種用途。膜結構通常分為如下三大類:

1、開放張拉式膜結構?:可以通過鋼柱及鋼架支撐或鋼索張拉成型,其造型非常優美活潑、富有生機,易于與大自然融為一體,滿足人們返璞歸真的需求,適合于中小型跨度的建筑,也適用于大跨度的體育場、游樂場等大型公用設施的看臺挑蓬結構中。

2、封閉骨架式膜結構?:骨架式膜結構是在穩定的骨架上覆蓋模材料,易于施工和安裝,受力分析也較簡單、直觀;索穹頂膜結構是骨架式膜結構的一個特例,但從理論分析到施工都有很大的難度。根據骨架體系的不同可用于中小型或大型、超大型的體育設施或公共活動場所。但由于其形狀受到骨架體系的約束限制,故一般膜曲面較為呆板、靈活性不強。

3、充氣式膜結構?充氣式膜結構向室內不斷的充氣,室內外產生一定的壓力差,使覆蓋膜布受到一定的向上浮力。由于它跨中不需要任何支撐,因此適用與超大跨度的建筑,一般用于大型的公共設施。氣脹式(氣肋式)膜結構是由多個充氣構件組成,易形成獨特的建筑形式,一般用于街景、花園小品或小型建筑中,是充氣式膜結構的一種類型。


戶外膜材的建筑品質:

1、重量輕:張力膜的重量很輕,因為它們的穩定性來自其預應力形狀,而非所使用的大量材料。因此,它們比傳統的建筑結構輕很多,然而卻能提供很高的穩定性。小質量和大跨度為建筑師提供了以一種連貫、統一的方式表現整個結構組織、以及形成每個設計細節的輕盈性和穩定性的機會。

2、半透明:半透明性是廣為接受的一項工程索膜建筑結構品質。的確,這種半透明性可以提供足量的太陽光照供標準建筑使用,它在建筑節能方面起著重要作用。就商業建筑示例來說,這對于需要充足光線甚至裝飾表面的建筑而言尤其重要。通過使用自然光和人造光,這種半透明性還可為建筑設計提供多種美感可能性。在夜間,膜的半透明性可將建筑結構轉變成具有雕刻感的發光體。

3、柔韌性:張力膜結構不具有剛性,它們的形狀受風雪的影響而改變。膜的幾何形狀通過變形作用而與應用的負荷對應。這樣,順著承載力的方向膜結構會形成較小的半徑,從而逐漸找到特定負荷情況下的更有效的結構形狀。張力膜結構的柔韌性使之可以出現大的移位而不會永久變形。變化和反應的程度取決于材料的彈性和施加于膜結構的預應力水平。

4、雕刻感:張力膜獨特的彎曲形狀具有非常強的雕刻感。張力曲面可以自身找到平衡。上下活動的反向彎曲膜結構形狀都可以保持平衡,并且還有可能建造看起來似乎擺脫了重力作力而在天地之間隨意漂動的大型建筑。膜結構的這種雕刻感對于建筑物外部和內部都具有渲染力。?

5、安全性:根據當前存在的國家標準和指導要求,輕型張力膜結構是經過精心設計和測定尺寸的安全建筑結構。在水平負荷(如地震)情況下,輕型結構特別穩定。

6、功能:由于張力結構的這些品質可以適用于眾多建筑結構功能——從簡單的遮陽屋頂到復雜的設計細節——因此它們具有許多特別相稱的功能。

7、富于表現力的建筑樣式:建筑功能對每座建筑而言都是共同具有的,它代表了一種理念。張力膜結構的獨特形狀展現了自身建筑情形的自然美。?

8、露天防護:視特定的氣候帶不同,屋頂的一個主要功能是在日曬、雨淋和風雪天氣條件下提供遮擋作用和舒適性。選擇膜形狀和材料應考慮所有合適的情況,進而提供一個舒適的內部環境。無論在什么情況下,都有可能通過各種方法,利用自身建筑結構來降低建筑物的能耗。?

9、活動性和臨時性:當視為建筑環境中一種可以反轉的中間體時,輕盈的張力膜結構比其它建筑結構具有明顯優勢。這兩個重要方面就是靈活性和機動性。易于做成可拆卸結構,易于運輸,可用作巡回演出、展覽等。?

10、可變性和可改造性:與許多自然結構一樣,可變結構可以視為一種能夠人工改造的系統,可以根據需要進行改變。它們的空間布局具有機動性和可改造性,并可根據氣候變化而改變。


最常用的三種材料是:

1、 PVC涂層

PVC膜材料是在高強聚酯纖維或聚氨酯纖維布基上敷聚氯乙烯樹脂(PolyVinylChloride,簡寫PVC),或其它類似樹脂,一般認為該類材料為阻然、半永久性材料,使用年限在20年以上;厚度在0.6~1.2mm;透光率在6~12%之間;強度一般在3000~9000N/125px之間;耐火等級B1級。?

2、 PTFE涂層??

PTFE膜材料是玻璃纖維布基上雙面涂敷四氟乙烯樹脂(Poly TetraFluoroeEhylene,簡寫PTFE),一般認為該類材料為不燃、永久性材料,使用年限在30年以上;厚度在0.6~1.2mm;透光率在8~18%之間;強度一般在3500~9000N/125px之間;耐火等級A1級。

3、 ETFE材質

ETFE(EthyleneTetraFluoEthylene)沒有布基,是一種顆粒狀結晶體的薄膜。一般做成雙層或三層充氣結構,厚度12~500um;透光率在95%以上;強度一般在30~60N/mm2之間;耐火等級B1級。


戶外膜材的性能

1、高強度:?膜材料是一種柔性織物,組織內部只有存在一定的應力場,才能獲得一定的剛度。因此,對于膜結構而言,任何情況下不允許膜中有無應力狀態。在高應力狀態下,膜材料的抗拉強度越高,越不易發生徐變和老化。因此,膜結構建筑中的膜材料必須具有較高的抗拉強度及抗撕裂強度。

2、阻燃?:膜建筑作為永久性或半永久性建筑,膜材本身必須應完全滿足有關建筑材料防火指標的要求。以日本膜結構大國為例:至今仍沒把膜材料作為不燃材料列入國家建筑標準,只是要求針對每個建筑單體膜材通過防火測試,滿足要求即可。一般認為PTFE材料是不可燃材料,PVC材料是阻燃材料。?

3、耐久?:膜材的耐久性不僅與其布基所用材料本身的性質有關,而且不同的涂層種類,對布基的保護程度各不相同,也影響著膜材的使用壽命。一般來說,PTFE材料的質保期在25年以上,PVC材料質保期在10年~15年,但到目前為止,PTFE材料工程有的已超過25年,PVC材料工程有的已超過20年,而繼續正常使用。?

4、自潔:自潔性就是膜材料本身的防污自潔性能。一般建筑用PVC膜材料,在PVC涂層外,再加一層PVF(聚氟乙烯)或PVDF(聚二氟乙烯)或有機硅面層,能有效地改善其自潔性。PTFE膜材料自身則具有很好的防污自潔性能,不需要添加任何面層材料。

5、隔音:?通常膜結構建筑位于市區內,有的建筑在最繁華的鬧市區,特別是用于音樂,娛樂等大型文化活動場所,為此對建筑的隔音提出較高的要求單層膜結構建筑往往用于對隔音要求不是太高的活動場所,目前有人提出增加膜材料的質量可提高其隔音性能,但真正能達到令人滿意的性能指標,尚需待以時日。

                                                                                          6、保溫隔熱:?單層膜材料的保溫性能大致相當于夾層玻璃,如果某建筑物對保溫性能要求較高,就不得不考慮采用雙層或多層膜,但雙層或多層膜又損害了建筑物的透光性能,一般來說雙層膜的透光率在4%~8%左右。透光性是膜建筑很吸引人的一個特點,有時很難讓人在二者之間做出選擇。只能尋求一種透光性好的內層膜材料,不過,就同類膜材料而言,其透光性越高,強度就越低。

室外光幕工程案例:【光幕天井


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