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水立方 膜结构的梦幻魔方

作者:admin 发布日期:2019/2/15 关注次数: 二维码分享

触摸水立方的外衣,你的指尖将感受到一个行业的尖端智慧。




让我们离奥运近一点,再近一点,好的方式也许是亲临“鸟巢”观看比赛,或者亲手触摸一下如梦幻般的水之宫殿“水立方”那光影交错下柔和的肌肤。

奥运场馆成为人们感触奥运为直观的物质媒介,同时也是积聚智慧与汗水的建筑奇观,2007年“鸟巢”凭借独特造型和“水立方”的膜结构双双入选2007年世界十大建筑奇迹,体现了一个国家的开放与发展,凝结了一个行业的科技与进步。当你在不同时间经过水立方时,会被它奇幻的色彩所吸引,白天随着阳光的强弱而由蓝变黄,到了夜晚,更是发出水蓝色的光芒,奇影幻动,非常迷人。而让水立方能够发出如此变幻多姿的色彩的正是水立方外层ETFE膜结构本身对外界的光线进行反射的结果。

当你走进水立方,触摸到由上千块气枕组合而成的膜结构外衣,实际上你的指尖触碰的也是一个行业尖端智慧的体现。

ETFE的魔力

构建“水立方”漂亮外观的正是代表国际上产业用纺织品在建筑用材上先进水平的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜结构,也是水立方大的建筑特点,整个“水立方”外观由3000多个气枕组成,覆盖面积达到11万平方米,被称为世界上规模大的膜结构工程,是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。

水立方采用的ETFE膜,是由一种无色透明的颗粒状结晶体也就是ETFE生料挤压成型的膜材,是一种典型的非织物类膜材,为目前国际上先进的薄膜材料。它代表着现代膜结构建筑的新趋势,它的使用在国内尚属首次。

膜结构是建筑结构中新发展起来的一种形式,它以性能优良的织物为材料,或是向膜内充气,由空气压力支撑膜而,或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧,从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。这种高强度柔性薄膜材料,能够实现多样化的建筑造型,上世纪60年代起,它成为各类标志性建筑的流行元素。

轻便

ETFE膜材具有质量轻、寿命长、抗拉伸、延展性好、抗紫外线和化学物质侵袋能力强、自洁性好、透明度高、熔点高等优点。据中国产业用纺织品行业协会理事长朱民儒介绍,目前国内膜结构有两种主要建筑织物,即涂敷聚四氟乙烯(PTFE)的玻璃纤维织物和涂敷聚氯乙烯(PVC)的聚酯织物。而水立方采用的并不是普通的膜结构,这种ETFE膜材性能更加优异,特别是轻便,节省能源,耐用,自洁,变形小等特性。曾用ETFE材料设计了位于英格兰西南Cornwall的植物园eden project“伊甸园”的英国设计师Nicholas Grimshaw&patters,曾形象地描述到:整个表皮材料的全重比建筑所包围的空气还要轻。这也是许多需要大面积覆盖材料建筑所青睐的特点。这种材料号称比玻璃要轻100倍。但国内没有此项技术,仍然依赖进口。

保温

ETFE多用于一些造型独特的建筑结构,在水立方这种方形结构下应用,也是一种大胆的尝试,为TT伤及游泳馆自身的功能,避免“温室”和“眩光”产生,应用上进行了相应的改进。如在ETFE材料表层镀上上亿个同色系镀点,用米改变光线的方向来隔热散光,将多余的光线和热量挡在场馆之外,以控制膜的透光度,减少阳光带来的热量,以免室内温度过高。透过的阳光在室内形成舒适的温室效应,保持室内温暖,节省约30%的能源。

环保

尽管水立方采用的ETFE膜结构造价昂贵,但其因为自身拥有的特性,能够为采用它的建筑带来其他优秀的性能而被广泛采用,特别是环保性能如节电,清洁,耐用性。如“水立方”屋顶有3万平方米,雨水可100%的收集;膜结构使自然光能得到充分利用,水立方场馆平均每天9.9小时能使自然光透入,不需要点灯,省电效果显著。在隔热保温方面,膜结构还能节省30%的电力。因为表面的光洁性强,“水立方”中方设计师、中建国际(深圳)设计顾问有限公司总工程师郑方解释说,由于这种材料的摩擦系数很小,尘土不容易粘在上面,利用自然降雨就可以进行清洁,也就是我们常说的膜结构的自洁功能ETFE膜结构的耐火性高,燃点在715度以上,即使烧有窟窿,但不会扩散和产生浓烟。

耐用抗压

朱理事长介绍到,“水立方”采用的ETFE膜具有很强的抗压性。ETFE膜是新型的环保节能材料,水立方那个3000多个由ETFE膜制成的气枕,能为建筑提供坚强的保护。据悉,充气后的ETFE膜,还能承受一辆汽车的重量,能够抵挡自然界的暴雨、冰雹、沙尘暴等。

对于这种材料,朱理事长说到,是一种永久和半永久性的材料,现在国际上使用此材料的建筑,大多才经过20多年的使用,不过实践证明ETFE膜透光性和强度没有出现丝毫的退化,迄今为止工况良好。如德国的安联体育场和英国“伊甸园”植物园。在过去20年内,欧洲有超过600个建筑都用了这种材料。而“水立方”的设计寿命为100年,这也是对ETFE膜永久性的考验。

膜结构潜力未来

膜结构的这种材料在国外的发展时间也并不长,自从上世纪七十年代以来,膜结构在国外逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。膜结构已成为结构设计选型中的一个主要方案。大阪万国博览会中的美国馆采用了气承式空气膜结构,是世界上第一个大跨度的膜结构,而且是首次采用了聚氯乙烯(PVC)涂层的玻璃纤维织物,大阪万国博览会的展览馆标志着膜结构时代的开始。

自此以后,膜结构在世界范围内得到了迅猛的发展。如,美国庞提亚克的大跨度的“银色穹顶”;沙特阿拉伯吉大机场候机大厅的悬挂膜结构占地42万m2;1988年首先用在汉城奥运会的体操馆与击剑馆的膜结构索穹顶;1996年亚特兰大奥运会的“佐治亚穹顶”;英国伦敦直径达320m的“千年穹顶”等膜结构建筑显示了当今建筑技术与材料科学的发展水平。

目前,有许多建筑都能够采用和发挥膜结构优势:需自然采光的公共建筑,如体育馆、训练房、游泳馆、展览厅等;足球、田径等比赛的体育场中,看台挑篷都采用膜结构;国外很多露天剧院的舞台、博览会的展览馆也都以膜材作为顶盖。还有一些商场、休闲广场、校园都可以利用膜结构有效扩大建筑空间。据悉,2010年上海将有更多膜结构建筑落成。

膜结构的运用来自于它自身特性的造就,如体育场,机场大厅大面积支撑,植物园的不规则形状。“水立方”由中澳4家单位联合设计,在建造过程中,钢结构、ETFE膜结构和室内环境是水立方建筑的三大亮点。对水立方像水一样的梦幻感觉的追求,让膜结构自然出现在设计师和建筑师的设计方案中。

中国受到了西方国家先进技术的影响。近几年来,在膜结构应用上显示了活跃的趋势。1997年竣工的上海体育场,是国内首个采用膜材作为永久篷盖材料的建筑。随着中国经济发展,建筑结构的多样化,膜结构将有大展身手的未来,广州新白云机场候机楼采用了膜材作为屋盖的一部分,据相关专家预测,中国的膜结构将持续以每年15%-20%速度增长。

当膜结构被第一次用于上海体育场时,可能还很难显现出这在推动膜结构发展的潜力。而今天,在水立方这样的奥运场馆上大面积使用膜结构,展现出的是推动膜结构发展的巨大推动力。

尽管目前,我国对这种国际上先进的ETFE膜仍依赖进口,建筑应用上也只有奥运场馆中的水立方和鸟巢。但引进国际新的设计和理念,带来新型材料的应用,将给中国带来新的概念和先进的技术。但奥运场馆的采用,并成就全世界使用面积大的全封闭体育场馆,势必引发世界关注,并且让我们对于膜结构这种材料的了解更深,也将带动了国内对于新型材料的应用和发展趋势的关注。

水立方的膜结构让我们看到膜结构这种建筑用新型环保材料的发展前景和具有的强大生命力。

膜结构,大有可为。

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