ETFE气枕式膜结构的发展

随着空间结构的发展,膜结构以其灵活多变的建筑造型和轻质高强的结构特性而被广泛应用于大跨度空间结构中。随着 ETFE研发成功,一种新型的膜结构形式———ETFE 气枕式膜结构凭借其美观的造型、良好的受力性能逐渐走进人们的视线, 并迅速发展,成为目前最主要的膜结构形式之一。

气枕式膜结构起源于气胀式膜结构。气胀式膜结构是指如同气球一般,将膜材包裹成封闭构件,向膜构件内部充气,使膜材产生张力,从而具有一定的刚度,将多个膜构件组合形成整体受力体系。

1970 年,在日本大阪世博会——日本富士馆,引起了人们对气胀式膜结构的关注。这种结构形式不需要保持不同的室内、外气压,舒适度较好,但结构受力不如气承式膜结构合理,跨度相对较小,在膜结构的发展初期应用较少。

随着人类对建筑功能要求的增加,透明、轻盈且具有高性能的 ETFE 薄膜研发取得成功。但其单张膜的抗拉强度相对于织物类膜材较低,难以对其附加过大的预应力使之张拉具有适当的刚度,常常采用气枕的形式多张共同受力。凭借这种材料,气枕式膜结构逐渐兴起并迅速发展。

它将多层( 一般 2 ~ 3 层) ETFE 膜材周边热合并用夹具封闭固定在骨架上,内部充气使其形成气枕并具有一定刚度以抵抗外部荷载,自身仅起到围护结构的作用。

它属于气胀式膜结构和骨架式膜结构的结合,具有轻质、透光、隔热、抗腐、耐候、自洁等良好性能,力学性能 也极佳,被广泛应用于大型公共建筑中。

在国外,ETFE 气枕式膜结构以德国慕尼黑安联球场和英国伊甸园工程为代表最为突出。

德国慕尼黑安联球场表面由 2 874 块菱形 ETFE 气枕组成,具有较好的自洁、防水、防火以及隔热性能。

伊甸园工程( 图 2 ) 作为世界上最大的温室,使用了 625 块六边形、16 块五边形和 190 块三角形的 ETFE 枕形膜结构,每块由 3 张ETFE 膜叠加并充入空气,再沿边缘热合焊接,空气层具有较好的隔热作用,且透光率高,是非常好的温室建筑材料。

在国内,2008 年北京奥运会国家游泳中心“水立方”是国内首次采用 ETFE 气枕式膜结构,采用双层 ETFE 蓝色气枕,表面覆盖面积达到10万m2,是目前国内规模最大的ETFE气枕式膜结构工程

深圳市金鑫空间膜结构建筑设计院是国内顶尖的膜结构建筑设计单位,是一家专注于膜结构建筑设计与研究的设计院。业务涉及张拉膜结构、骨架式膜结构、充气膜结构、钢结构;对PVC、PTFE、ETFE膜材有着丰富的设计经验。我们尤其擅长大跨度结构、异性空间结构、索结构、封闭式建筑以及开启结构的设计与研究,涉及的领域有景观膜结构、停车棚膜结构、体育设施膜结构、污水加盖池膜结构等。