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浅谈ETFE膜结构的应用
摘要：近年来，膜结构技术在现代屋面建设项目中得到了广泛的应用。在许多国际大型活动的建筑物的屋面建设中不乏应用先进的膜结构技术。本文主要基于工程案例浅要论述了ETFE膜结构的材料特点、结构应用以及发展趋势。
关键词：ETFE膜结构；特性；发展；应用；

随着科学技术的高速发展，膜结构技术在现代屋面建设项目中得到了广泛的应用，ETTE薄膜材料在过去的一段时间中作为一种可靠的屋面材料以其大量的优点特性产生了众多的建筑。特别是在国际大型活动的建筑物的屋面建设中，广泛应用了先进的膜结构技术。例如2012年7月英国伦敦奥运会、2013年中国花博会、2014年巴西世界杯等国际活动建筑物建设过程中，其中不乏优秀的膜结构建筑。本文主要基于工程案例浅要论述了ETFE膜结构的材料特点、结构应用以及发展趋势。
一．膜结构的发展
膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，国际上对ETFE膜在建筑上的应用研究大约始于三十多年前，而实际应用则是在上世纪90年代，最初主要应用于各种异型建筑物的蓬膜及农业温室的覆盖材料，早期大规模应用的是英格兰的植物园“伊甸园”。我国对膜结构的研究和应用起步较晚，自1995年以来，应用日益增多。自互联网革命以后，膜结构技术在我国得到了快速的发展。
二．ETFE膜结构的特点
1膜材的分类
膜材应根据建筑功能、膜结构所处环境和使用年限、膜结构承受的荷载以及建筑物防火要求选用以下不同类别的膜材：
G 类，在玻璃纤维织物基材表面涂覆聚合物连续层的涂层织物；这种膜材开发和应用得比较早，通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2mm，一般涂层不会太厚，达到使用要求即可。
P 类，在聚酯纤维织物基材表面涂覆聚合物连续层并附加面层的涂层织物；主要有双面涂覆PVC涂层火鹤粘和聚氯乙烯薄膜制成，价格十分便宜。
E 类，由乙烯和四氟乙烯共聚物制成的 ETFE 薄膜。由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，而且机械强度高，加工性能好。ETFE膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。

2 ETFE膜材的特点
ETFE膜材料的特点包含以下几个方面：
光学性能高：主要体现在透光率较高，至少在90%以上，同时对于材料的透光率具有一定的可选择性和可控制性。可以选择让紫外线透过，以确保室内的植物光合作用的进行，也可以通过在膜表面进行图案印刷来降低透光率，更可以在生产的时候制造出不同颜色的ETFE膜(例如:白、红、兰、黑等等)承现出五彩缤纷，同时也能达到减少透光率的作用。
延展性能佳：该膜材料具有极佳的张力和延展性，屈服强度和断裂强度都较高，延展性能佳的特质也使得ETFE膜结构多样化发展的根本原因。
化学性能稳定：ETFE膜材具有很好的酸硫抗化性，在各种气候环境下都可以使用。
物理性质：该膜材料具有一定的阻燃性、自洁性能，具有高抗污、易清洗的特点。
三．ETFE膜结构的应用
ETFE膜结构的应用具有很强的可塑性，其膜结构形成的曲面能够按照建筑师的需求进行调整变化，对于建筑整体环境建设具有极高的适应性，在实际建设项目中的膜结构主要包含有:骨架式膜结构、张拉式膜结构、索系支承式膜结构、充气式膜结构四种基础形式。
1. 骨架式膜结构
骨架支承式膜结构应由钢构件或其它刚性结构作为承重骨架，在骨架上布置按设计要求张紧的膜材。其优点为具有较高的稳定性、经济效益高。昆明酒店帐篷采用的就是骨架式膜结构。
2. 张拉式膜结构
张拉式膜结构应由桅杆等构件提供支承点，并在周边设置锚固点，通过预张拉而形成稳定的体系。其主要的应用优点在于创新度较高、造型美观、结构性能强，但存在造价高、施工精度高的困难。开封开元名都商业广场工程采用了日本平冈二氧化钛膜和圣戈班ETFE透明膜材相结合的方式，总面积为11395平方米，是典型的张拉式膜结构。
3. 索系支承式膜结构
索系支承式膜结构应由空间索系作为主要承重结构，在索系上布置按设计要求张紧的膜材。索系支承式膜结构主要由索、杆和膜构成，三者共同起承重作用。在通常所称的张拉整体（tensegrity）结构中，如采用膜材，即属于索系支承膜结构。例如:2016年做的川沙酒店就采用了ETFE膜结构,用拉索固定。

4 充气式膜结构
空气支承式膜结构应具有密闭的充气空间，并应设置维持内压的充气装置，借助内压保持膜材张力并形成设计要求的曲面，可采用气承式、气肋式和气枕式。因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁、柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本较高。北京奥运会场馆“水立方”是世界上最大的膜结构工程之一，除了地面之外，外表都采用了ETFE膜结构材料，膜表面既柔软又结实，把ETFE膜做成充气枕使其结构更完善。
四．工程实例-花博会工程
1. 工程概况
本工程是常州花博会特色馆与创意馆的外屋面，平面尺寸为：108m*88.7m(曲面为125*106m)，屋面标高为20m，造型新颖，形状极其复杂，设计难度比较高。结合了德国EASY软件和犀牛软件相结合做膜结构的设计和找形。
2. 膜材选择
虽然ETFE膜材料对于建筑屋面工程有极高的适应性，但目前对于这种膜材进行生产的企业较少。当时只有发达国家日本、德国少数几家企业能够提供这种材料，因此本工程采用了日本旭硝子ETFE透明圆点膜材，总面积为14241平方米。
3. 膜材料安装过程中的施工控制措施
在本次工程中，对于膜材料安装施工质量控制主要包含了以下几个方面：
第一，整体运输一次到位，有效避免了二次运输会给膜材料带来的损伤，运输过程中，膜材料损伤在可控制范围之内。第二，在安装施工之前，对钢结构进行了反复对尺寸确认、并采取了临时支撑方式来确保安装过程中膜材的平衡。
本工程膜面积大于12000平方米，设计和施工难度非常高，造型极其复杂，符合I级膜结构工程的要求。施工完成之后，整体效果很好，宛若两条在水中嬉戏的鱼，本工程充分利用了ETFE膜结构造型多变的特点，完成了花博会场馆与自然有机结合的建筑设计。
五． ETFE膜结构发展趋势
中国已经迎来了建设膜结构建筑的高峰期，这为我国膜结构的应用和发展带来了很好的机遇。随着我国膜结构理论研究的进一步深化，在借鉴发达国家的生产经验之后，相信不久的将来，我国也会自主研发出ETFE膜材料的生产工艺，并投入量产。
参考文献：
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