气枕式膜结构的性能

ETFE 薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物,属于非织物膜材,厚度通常为 50 ~ 300 μm, 通过热塑成形,薄膜张拉各向同性,非常坚固耐用,具有轻质 、柔韧 、厚度小 、透光性好 、耐久 、耐火 、自洁等特点,是用于建筑膜结构的第 3大类膜材产品。单层膜抗拉强度在35 MPa 以上,断裂延伸率大于 350% ,单向拉伸应力-应变曲线经历两个刚性转折点,对应膜材的第 1 屈服强度和第 2 屈服强度,在新版的《膜结构技术规程》中有所规定其透光率在50% ~ 96%之间,可以通过调节表面印点覆盖率和材料厚度来调节光强度和紫外线的透过率,张拉后的膜面极为光滑且有自洁能力,平均使用寿命在 30 年左右。ETFE膜材不易燃,且在燃烧融化后会自行熄灭,达到 GB 8624-2012、DIN 4102 防火等级要求。气枕式膜结构利用第 3 类建筑膜材产品 ETFE 膜材,内部充气形成具有一定刚度的气枕构件,连接于主体结构骨架上,具有良好的性能。对于气枕式膜结构,其在使用过程中通过对气枕内压的自动或人为控制可以有效调节膜结构的受力性能、透光率以及隔热性能等,这种服役过程中的可调节能力是气枕式膜结构不同于一般膜结构最重要的特征。气枕式膜结构除了ETFE膜材的优点以外,还具有以下可调节的特点。

( 1) 受力性能
ETFE 膜材各向同性,且具有较高的抗拉强度以及断裂延伸率,通过内部充气形成的气枕式膜结构又具有一定刚度可以满足承载要求。由于其很轻的自重,主要控制荷载通常为温度作用、风荷载以及堆积雪荷载,随着荷载大小的不同,可以通过调节气枕内压以 很好地应对不利荷载工况。

( 2) 透光率
ETFE 膜材自身由于直接热塑成形,厚度很薄,原本就具有很高的透光率。通过对膜材表面镀银色圆点可以调节膜材的透光率,从而满足室内 不同的采光需求。但实际工程中常常需要在不同时刻对太阳辐射进入室内 的量进行改变,单层ETFE膜材在确定了印点率之后难以进行可控调节,而ETFE气枕式膜结构很好地解决了这一难点。

( 3) 隔热性能
气枕式膜结构由于空气层的存在,具有很好的隔热性能。此外,通过气枕内压的改变可以 有效调节气枕内部空气层的厚度,再加上内压改变可以 对气枕透光率进行有效调节,合理控制太阳辐射的通过量,进而可以调节气枕式膜结构的隔热性能。
( 4) 防火性能
ETFE 膜材不易燃,在燃烧中会熔化,之后自动熄灭。当火灾来临时,膜材熔化屋面出现开口,火灾产生的烟可以直接从膜材熔化的洞口排出,由于ETFE膜材很轻,熔化后碎片会随烟上飘,不会对下部人群产生影响。特别值得一提的是,在天津于家堡站房穹顶膜结构中首次采用了ETFE气枕熔膜技术,当火灾来临时,利用事先布置好的电热丝加热,将膜材三边熔断,保留一边使膜材悬挂,以防坠落发生危险。通过快速熔膜的技术,保证了屋面足够的排烟面积,以达到迅速排烟的效果。

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