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膜结构的材料及选用

日期: 2019-04-13
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与传统结构不同, 膜结构以柔性的薄膜和索为主要受力材料。要进行膜结构的工程设计, 必须了解其材料; 在方案建议阶段, 也需要就可供选择的材料作出比较并给出建议。

1、1膜材的种类及其性能

用于建筑工程的薄膜材料可以分为织物类膜材和非织物类膜材两大类。其中织物类膜材常用的有聚氯乙烯涂层覆盖聚酯纤维织物( 以下简称 PVC 膜材) 以及聚四氟乙烯涂层覆盖玻璃纤维织物( 以下简称 PTFE 膜材) ; 非织物类膜材则以乙烯- 四氟乙烯共聚物( ETFE) 薄膜最具代表性和竞争性。

1) 织物类膜材的构造

织物类膜材由织物基层加表面涂层复合而成( 7) , 层提供材料以强度等力学性能,  涂层则提供防火、防老化等物理及化学性能。常用的基层材料有聚酯纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维等;     常用的涂层材料则有聚氯乙烯( PVC) 、聚四氟乙烯( PTFE, 俗称T eflon) 、硅酮及聚酰胺等。

膜结构的材料及选用膜结构的材料及选用

    1- 外涂层; 2- 底料层; 3- 主涂层; 4- 粘和层; 5- 基材织  

7 织物类膜材的构造( MEHLER HAKU)

2) PVC 涂层覆盖聚酯纤维膜材的性能

PVC 膜材的主要性能指标如下:

a. 颜色及透光性能: 有多种颜色可供选择, 透光率在 8%

~ 16% 之间;

b. 寿命及稳定性能: 寿命为 10~ 15 , PVC 涂层受紫外线影响将逐步老化;

c. 防火性能: 阻燃材料;

d自洁性能: 自洁性能一般, 随着 PVC 涂层的老化, 面会泛黄、积尘、起斑点甚至发生涂层脱落, 在强紫外线照射地区尤为明显;

e可加工性能: 柔软、可折断, 可加工性能好, 可采用高频焊接融合。

常用 PVC 膜材的抗拉强度、撕裂强度等性能见表 13) PTFE 涂层覆盖玻璃纤维膜材的性能

3)PTFE 膜材的主要性能指标如下:

a颜色及透光性能: 只有白色一种。PTFE 膜材刚安装

时略微呈黄色, 随着太阳光的照射, 一般在 3~ 6 个月变为纯白色。透光率在 10% ~ 15% 之间;

b寿命及稳定性能: 寿命为 25~ 80 , 涂层受紫外线影响小, 稳定性好;

c防火性能: 不燃材料;

d自洁性能: 自洁性能好, 雨水即可冲刷表面积尘而保持清洁;

         e可加工性能: 可加工性能一般, 可采用高温焊接。

  4) 网状膜材

上述膜材可做成带不同大小和间距的孔洞的网状, 既可以遮阳, 又可以减少作用于膜面的风荷载。同时, 由于膜材为网状, 由此而围护的空间又可以说是开敞的, 在一些地方可以不计入总建筑面积, 节省大笔的发展税费, 因而也深受发展商和建筑师的喜爱。

5) ETFE 膜材

ETFE 是英文 Ethylene Tetra Fluoro Ethylene 的缩写, 中文名称为乙烯- 四氟乙烯共聚物。用于建筑工程上的 ETFE 膜材是由其生料加工而成的薄膜, 坚固、耐用, 并具有极高的透光性。

ETFE 膜材的主要性能指标如下:

a厚度: 005~ 025mm;

b  密度: 175g/cm3    左右,   0 20mm  厚的 ETFE 膜材为, 其质量约 350g/m2 ;

c颜色: 透明、白色, 可印制成各种颜色的图案;

c透光率: 单层透明膜材的透光率高达 95% , 白色膜材为 50% ~ 55% ;

d防火性能: 阻燃材料;

e耐久性: 使用年限达 25 年以上; f抗拉强度: 大于 40MPa;

g破断伸长率: 300% 以上。

ETFE 材料本身的抗拉强度并不低, 但由于做成的膜材很薄, 以单层张拉方式应用于膜结构时, 结构的跨度要求比应用织物类膜材的结构小。通常 ETFE 膜材以多层气垫的形式( 参见图 3) 应用于建筑物中。

6) TENARA 膜材

正如商 标名 Teflon 已成为 PTFE 膜材的 代名词 一样, TENARA 也是一种膜材的商标。所不同的是, 在通常所说的PTFE 膜材中 PTFE 只是涂层, 其基层多为玻璃纤维织物; TENARA 膜材则是连基层也为PTFE。与 PTFE 涂层膜材相比, TENARA 膜材更薄、更柔软, 强度更高, 透光率更是高达40%

1、2

不同种类、不同品牌及同一品牌不同型号的膜材, 其性能及价格各不相同。膜材的选择往往在很大程度上取决于建筑物的功能、防火要求、设计寿命和投资额。一般来说, 择膜材时主要考虑以下因素:

a强度, 包括抗拉强度与抗撕裂强度等, 视膜面的工作应力来选择;

b耐久性, 包括抗老化性能、徐变性能以及适应气候的能力;

c防火性能, 即要求材料是阻燃的还是不可燃的, 这又取决于建筑物的功能及当地对建筑材料防火性能要求的规定;

d价格, 往往起控制作用;

e膜材的可加工性能、幅宽及拟建工程的膜面形状等。

PVC 膜材的价格比较便宜, 加工制作也比较方便。一般用于对防火性能及耐久性能要求不是很高的建筑或建筑小品等。PTFE 膜材大都用于防火要求高的永久性膜结构工程。网状膜 材主要用于需要减少或遮挡阳光但又有类似于开敞空间空气环 境的场所, 如网球场等。图 8 所示的工程是用网状膜材建造的竖向视线屏蔽结构, 目的是减小作用于膜面的风压。采用银灰 是为了增加屏蔽效果。ETFE   材料由于其极好的透光性能和紫外线穿透能力,  特别适合于建造需要人工模拟自然环境的建筑, 如人工生态园、运动场馆等。TENARA 膜材因其高透光性、柔软、耐久性好, 大都用于可收缩的或高透光性的膜结构工程。图9 是一个用TENARA  膜材建造的高透光性结构。过于昂贵的价格使TENARA 在膜结构工程中应用较少。

膜结构的材料及选用

8  用网状膜材建造的竖向视线屏蔽结构

膜结构的材料及选用

9     TENARA 膜材建造的高透光性结构


用于膜结构的钢索大都为不锈钢索或镀锌钢索。按其构造不同, 又可分为钢绞线和钢丝绳两类, 参见图 10。钢丝绳比较柔软, 其破断力也比相同直径的钢缆小。


膜结构的材料及选用

a- 钢绞线; b- 钢丝绳

10 钢绞线和钢丝绳


外露的拉索宜选用直径较小的不锈钢钢索, 以充分体现膜结构的轻盈、美观; 穿在膜边裤套' 里的边索可以考虑无油镀锌钢丝绳。索具的选择也宜与钢索相匹配。

了解更多,请关注北京神运华丰膜结构工程有限公司官网www.shenyunhuafeng.com

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