膜結(jié)構(gòu)是近幾十年發(fā)展起來的一種新型的大跨度空間結(jié)構(gòu),它由具有優(yōu)良性能的織物(膜材)通過支撐構(gòu)件(如剛性梁、柱、柔性索),或給膜內(nèi)空氣加壓以一定的方式組合并施加適當(dāng)?shù)某跏碱A(yù)張力而形成具有一定剛度的空間結(jié)構(gòu)形狀,從而承受一定外荷載的一種空間結(jié)構(gòu)形式。它的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古時期的人們利用樹木的纖維和獸皮建造的帳篷。
建筑膜材
膜結(jié)構(gòu)是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式,它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工與材料科學(xué).計算機技術(shù)等為一體,具有很高技術(shù)含量。其曲面可以隨著建筑師的設(shè)計需要任意變化,結(jié)合整體環(huán)境,建筑出標(biāo)志性的形象工程。在陽光的照射下,由膜覆蓋的建筑物內(nèi)部充滿自然漫射光,無強反差的著光面與陰影的區(qū)分,室內(nèi)的空間視覺環(huán)境開闊和諧。夜晚,建筑物內(nèi)的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空,建筑物的體形顯現(xiàn)出夢幻般的效果。
它的作用等同于傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)中的混凝土、鋼筋等材料。早期的膜結(jié)構(gòu)由于膜材開發(fā)的緩慢,一直處于停滯狀態(tài)。直到現(xiàn)代,由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新材料的出現(xiàn),特別是20世紀(jì)七十年代后,美國杜邦公司開發(fā)出以聚四氟乙烯為涂層(PTEF)的玻璃纖維織物作為膜材,才引發(fā)了膜結(jié)構(gòu)在近幾十年的突飛猛進(jìn)的發(fā)展。1970年日本大阪萬國博覽會,由美國工程師David Geiger和H.Berger設(shè)計的美國館采用氣承式膜結(jié)構(gòu),首次以聚氯乙稀(PVC)為涂層的玻璃纖維織物作為覆蓋材料,是第一個現(xiàn)代意義上的大跨度膜結(jié)構(gòu)。
PTFE建筑膜材的最大特點是:重量輕、強度高、防火難燃、自潔性好,不受紫外線影響、抗疲勞、 耐扭曲、耐老化、使用壽命長。具有高透光率,熱吸收量很少。正是因為這種跨時代的膜材料的發(fā)明,使膜結(jié)構(gòu)建筑成為現(xiàn)代化的永久性建筑。
建筑膜材廣泛應(yīng)用于大型公共設(shè)施:體育場館的屋頂系統(tǒng)、機場大廳、展覽中心、站臺、景觀亭蓬等。除此之外,因為建筑膜材的的防火性好,強度高,也被作為各大品牌建筑膜的基材部分,包括龍膜、量子、貝塔爾、陜西大師、3M等等。
膜材一般由膜材的基質(zhì)及高分子聚合物組成,即高分子聚合物涂層與基材層按需要的厚度、寬度,通過特定的加工工藝粘合在一起的產(chǎn)物?;|(zhì)是高強度聚酯纖維,膜材的強度主要由這一層提供,涂層主要保證膜材的密實性;惰性材料涂層保證膜材的自潔性。
(1)聚合物又稱高聚物(Polymer),即高分子聚合物,一般分子量高達(dá)幾萬~幾百萬(104~106)。合成聚合物的原料是單體,如乙烯單體,氯乙烯單體,丙烯單體等等,它們不斷重復(fù)鏈接,聚合成聚乙烯(PE),聚氯乙烯(PVC),聚丙烯(PP)等等。
(2)基材一般分為兩種:
?、倬埘ラL絲(滌綸PET):滌綸的合成原料是乙二醇和對苯二甲酸。在這里引入苯環(huán)的目的是提高材料的熔點和剛度。滌綸的特點是:熔點高,在150~175℃以下的機械強度好,耐溶劑、耐腐蝕、耐磨、耐油膩,可多次洗滌,透水透氣性適宜。它是合成纖維中的第一大品種。若用丁二醇代替乙二醇,可制得熔點較低,較柔軟的滌綸聚酯。
②玻璃纖維:玻璃是一種非晶體,沒有固定的熔點。將玻璃加熱熔融并拉成絲,即成玻璃纖維。玻璃纖維的特點是:拉伸強度高,不僅超過各種天然纖維,也超過一般的合成纖維和鋼材的強度。但是,它的彈性模量較低,約為鋼的1/3,屬于脆性材料;具有良好的耐熱性,一般在300℃以下可保持性能不變;具有良好的電絕緣性。