水立方ETFE膜结构性能(上)

 “水立方”是目前世界上规模最大的ETFE充气膜结构建筑。屋面和墙体结构的内外表面,共由3615个气枕覆盖,总覆盖面积104388m^2 (投影面积)。气枕为多种规格的不规则多边形,最大跨度10.75m,最大的气枕面积约70m^2,最小的气枕面积不足0.5m^2, “水立方”之所以成为实现绿色、科技和人文奥运理念的典范,并给人以新奇甚至神秘的感觉,与这种具有高科技含量且性能优越的ETFE充气膜结构外衣是密不可分的。 ETFE充气膜结构给“水立方”穿上了美丽的外衣,凸显了建筑的主题。在为建筑塑造完美的内外观形态、给人以美的享受的同时,这层外衣也为整个建筑的物理性能和使用功能做出了显著的贡献。

(一)ETFE充气膜结构与建筑外观效果

 “水”,触发了建筑师采用ETFE充气膜结构的灵感,整个建筑的设计紧密围绕着这个主题。膜结构的内外表皮,到内部设施的色调的选择与搭配,到处都在用建筑的语言,营造出清新自然的氛围。由淡蓝色的ETFE膜制成的不同大小的“泡泡”,镶嵌在屋面和墙体主体钢结构的内外表面,在阳光照耀下显得晶莹别透,形态上表现出动感十足的活力。

(二) ETFE充气膜结构与建筑热工性能

 “水立方”的屋盖和墙体的内外表面均由ETFE气枕覆盖。作为建筑围护结构,这种充气膜结构外衣,具有优越的热工性能,具有很好的保温隔热作用,而且,屋盖和墙体的内外表面的气枕及两层气枕之间的空气腔,采用双层幕墙的设计原理,通过对空腔内空气流动的合理组织和控制,达到更为理想的节能效果。大大节省了空调和采暖设施的运行成本,对于整体建筑的保温和节能起到了明显的作用,助力“水立方”成为实现“绿色奥运”的典范。“水立方”总体的节能效果达到30%,与其膜结构外衣有着密不可分的关系。

(三) ETFE充气膜结构与建筑采光性能

 “水立方”打破常规,在日间全部采用自然采光。高透光率的ETFE膜围裹着整个建筑,使得建筑内部获得很好的采光效果。在节省人工照明成本的同时,营造出清新自然且舒适宜人的室内光照环境。为避免光照过度和照度不均等问题,在气枕膜材上采用涂镀技术,在建筑的不同部位采用不同覆盖率的彩釉镀点,使建筑内部在获得充足的自然照明的同时,保持室内照度均匀,而且避免了眩光造成的不舒适的感觉。“水立方”的早期设计,也曾考虑在奥运比赛时采取临时措施将膜结构遮蔽, 日间亦采用人工照明。工程竣工后,在测试赛期间经过对室内光照的综合测试分析,确定可以完全满足比赛需要,也就没有必要在赛时采取临时遮光措施。

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