什么是气膜建筑!

2016-03-07

一、气膜建筑简介 

    (一)什么是大跨度气膜建筑

    大跨度气膜建筑是利用气膜结构为主体的建筑系统。气膜结构作为大跨度建筑结构的一种,采用了高强度柔性薄膜材料,利用空气压力支撑膜体来覆盖大跨度空间。其原理是:将膜材固定于地面基础结构周边,利用供风系统让室内气压上升到一定压力后,使屋顶内外产生压力差以抵抗外力,由于利用气压来支撑,无需任何梁、柱,所以可得到更大的完全净空的建筑空间。经过60多年的发展,大跨度气膜建筑已经形成了一套完整的理论体系和技术标准。    

 

    气膜建筑系统

    (二)气膜建筑相对于传统建筑结构的优势

    ● 更大跨度的轻型建筑空间由于膜材自重极轻,每平米自重3公斤以下。利用气压来支撑不需要内部梁、柱,所以能够轻松实现100米以上的大跨度净空空间,最大跨度150米,这是传统建筑结构无法做到的。由于膜结构建筑特殊的结构原理。导致在风载荷作用下,主要受力为上扬力。即使是在屋顶加层,也不会给原建筑增加承重。扩大了展馆或体育场馆等建筑的建造范围,有效利用原有建筑面积。

    ● 更节能的环保建筑表明涂有PVDF膜材具有较高的热反射率和散热率,并且热传导性较低,这极大程度上阻止太阳能进入室内。另外,膜材的半透明性又保证了适当的自然漫散射光照明室内,是国内外膜建筑界推荐使用的最佳节能环保材料。采用的中空保温系统,将膜建筑珠联璧合,能耗仅为传统建筑的1/10-1/4,总节能75%以上。

    ● 更高的建筑灵活性膜体安装简单快捷,可以作为临时或季节性建筑,并可以和其他常规结构建筑相连接。连接处均可进行气密性设计。功能分区明显,避免其他活动对运动的影响。方便运动与观光的有机结合。气膜建筑基础处理简单,迁移的损耗非常小。拆装方便,可以很容易地建成季节性建筑。解决露天场馆因为“雨、晒、冷、雪”等导致部分时间不能营业的难题。

    ● 更环保的施工过程在膜体的制作和施工过程中均没有建筑垃圾输出。现场无噪声,无环境污染。钢和混凝土为主体的建筑无时无刻不在消耗着宝贵的地球资源,制造了大量的建筑垃圾,气膜结构可实现以极少的资源消耗而获得极大的建筑空间。

    ●更好的声学性能 ,一般膜结构对于低于60hz的低频几乎是透明的比玻璃具有更强的吸音效果。

    ●更出色的光学性能,可设计成自然采光。普通膜材对光的透射率约为5%。半透光膜对自然光的透射率可达25%-30%,白天可利用自然光,夜晚在内部照明的作用下,发出自然柔和的光辉,令人陶醉,形成景观效应。半透光膜只能采用单层膜材,不能采用双层膜材设计,没有保温系统。局部透光膜和不透光膜材的组合使用,使日常可利用自然光,同时保证建筑优异的保温节能效果。膜材料还可滤除大部分紫外线,防止内部物品褪色。

    ●不晃眼的泛光照明

    PVDF建筑膜材具有很好的光反射性和较低的光吸收。气膜建筑利用内衬膜的反光性,提供均匀、无晃眼照明效果,更适合展馆的照明需要。

    采用1.5KW 金属氦灯

    采用两种类型:立柱式照明和吊灯式照明

    ●优异的通风效果,犹如室外大自然一样。通风系统沿用了最科学的地面通风设计,采用置换通风原理,通风效能系数大大高于普通通风,在改善室内空气质量的同时,向内部提供超静气流,实现非常适合于室内活动的通风效果,不会对运动产生任何影响。气膜建筑系统将建筑的充气、室内的通风及空调进行一体化设计,不需要另设内部管道,不仅有效节约能源,还可以根据建筑内的人数来设定通风次数,每小时8-26 次的通风次数保证场馆内空气的绝对新鲜度。

    气膜建筑系统优异的通风效果能让参展者在室内活动时也和室外相同。

    ●安全性突出

    A 最小设计风速:36 米/秒(12 级台风:风速>32.7,相当于12 级以上风)风、雪载荷按照当地地区50 年一遇的风压和雪压来设计。

    B 中等(0.6mm)强度的建筑膜材,其抗拉强度已经和常用的建筑外钢板相当,且损坏的膜材可以很容易的修补。

    C 供风系统机电设备“一用一备”,功能齐备,在最恶劣的情况下也能保证建筑的正常运转。

    D 计算机跟踪记录显示,自动存储运行、运转数据。

    ● 智能化建筑

    A 由PC 自动维护系统控制气膜建筑正常运行各项指标。

    B 中央控制系统根据外界风、雪环境变化自动调节建筑内部压力。

    C 人性化设计,新风、温度、灯光等根据内部使用变化进行调节

    D 所有机电设备集成化设计,可实现远程控制。

    (三)膜材的介绍

    用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度,柔韧性好的薄膜材料,是由纤维编织成织物基材,在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成的材料,

    中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维,而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂(PVC)及聚四氟乙烯树脂(PTFE)在力学上织物基材及涂层材分别具有影响下列的功能性质。

    织物基材——抗拉强度,抗撕裂强度,耐热性,耐久性,防火性。

    涂层材——耐候性,防污性,加工性,耐水性,耐品,透光性。

    (四)膜材的选用

    用于建筑膜结构的膜材,依涂层材不同大致可分为PVC 膜与PTEF 膜,膜材的正确选定应考虑其建筑的规模大小、用途、形式,使用年限及预算等综合因素后决定。

    PVC膜(PVC-Coated Polyester)

    PVC膜材在材料及加工上都比PTFE 膜便宜,且具有材质柔软,易施工的优点。但在强度、耐用年限、防火性等性能上较PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纤维织物加上PVC涂层(聚氯乙烯)而成,一般建筑用的膜材,是在PVC涂层材的表面处理上,涂以数micron厚的压克力树脂(acrylic),以改善防污性。但是,经过数年之后就会变色、污损、劣化。一般PVC膜的耐用年限,依使用环境不同在5~8 年。为了改善PVC膜材的耐侯性,近年来已研发出以氟素系树脂于PVC 涂层材的表面处理上做涂层,以改善其耐侯性及防污性的膜材。

    PVDF

    PVDF是二氟化树脂(Polyvinylidene Fluoride)的略称,在PVC膜表面处理上加以PVDF树脂涂层的材料称为PVDF膜。PVDF膜与一般的PVC膜比较,耐用年限改善至7~10 年左右。

    PTFE膜(PTFE Coated Fiberglass)

    PTFE膜是在超细玻璃纤维织物上,涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性与防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较,材料费与加工费高,且柔软性低,在施工上为避免玻璃纤维被折断,须有专用治工具与施工技术。耐久性:涂层材的PTFE对酸、硷等化学物质及紫外线非常安定,不易发生变色或破裂。玻璃纤维在经长期使用后,不会引起强度劣化或张力减低。膜材颜色一般为白色、透光率高,耐久性在25年以上。

    防污性:因涂层材为聚四氟乙烯树脂,表面摩擦系数低,所以不易污染,可藉由雨水洗净。

    防火性:PTFE膜符合所有国家的防火材料试验合格的特性,可替代其它的屋顶材料做同等的使用用途。

    (五)特色系统

    供风系统

    智能风控系统国际领先的艾尔兄弟全自动智能风控系统集成了供风系统、空调系统、风压调节系统、室外环境监测系统于一体,对建筑主体进行全方位的智能化控制。整套系统依靠智能控制模组对外部环境温度和风力的实时监测,并通过供风和空调机组对室内气压和温度进行调节。保证在荷载作用下,供风系统能够正常工作以保证结构的稳定性,全过程实现无人值守的自动化控制。该系统还配备了备用发电机组,在停电等紧急情况下确保系统正常运转。基础连接系统膜体与基础的连接采用了坚固耐用的圈梁挤压锚固系统,圈梁采用角钢与扁钢夹膜,并用螺栓固定,使膜体边绳通过挤靠夹板来传递膜力。

    照明系统依据建筑的用途和客户要求可采用直射式或反射式(无眩光)照明系统。

    直射式照明系统,通常使用悬吊结构,照度高、造价和能耗较低。

    而反射式(无眩光)照明系统,则利用了内衬膜体的反光特性,通过膜体表面反射灯光提供均匀无眩光的照明效果。

门进系统依据建筑的用途在人流入口处可采用四翼旋转门或气密室门(气闸门)。旋转门和气闸门均使用高强度材料特别定制,坚固耐用、气密性极佳。其中气闸门采用了自动电磁闭合装置,有效防止空气泄露。依据国家安全规范设计的应急门还配备有应急照明装置等应急配件。

(六)膜体性能

    保温性能:单层膜材料的保温性能大致相当于夹层玻璃,双层膜保温系数比单层提高了45%,加装保温棉后的保温效果与传统土建建筑相同。

    声学性能:单层膜隔音仅有10dB 左右,因此,单层膜结构建筑往往用于对隔音要求不是太高的活动场所。膜体加装吸音棉或内衬采用声学结构设计后,可大大提高其隔音性能。

    采光性能:膜材本身透光而不透明,在日间可将直射太阳光柔化为漫射光照明室内,室内采光均匀、柔和,不产生眩光。而加装保温棉或避光材料后可完全屏蔽外界环境光。

(七)充气膜结构建筑系统配套类型

1、供风系统:自动控制+及时补给系统+空气置换系统

2、温控设备:室外空调机

3、进出门庭:转门+应急门+运输门

4、组合方式:快速组合连接系统,整体分八部

5、使用膜材:PVDF 表处建筑膜材

6、灯光照明:局部透光+膜材自然采光+落地式光源

7、包装运输:集装箱式解体分装

8、备用电源系统——发电机组

二、气膜结构建筑的经典项目

★中共中央党校气膜网球馆——中国第一个自然采光的气膜网馆

    项目地址:中国北京

    尺寸:长109米*宽38米*高12.5米

    面积:4142平方米

    该项目6片网球场采用二次反光照明系统,运动时完全看不到光源,环境舒适不会晃眼,气膜顶部搭配使用透光膜(透光率25%),达到日间充分利用自然光的效果

★深圳东部华侨城大侠谷儿童乐园项目——世界第一个七彩气膜室内游乐园

    项目特点:直径54米,高15米,面积:2289平方米。

    外膜采用七彩膜,是世界第一个七彩圆形气膜建筑,优美的外观充分体现了膜材颜色的多样性。

    安全智能的送风系统,既能保持场内空气新鲜又可以防止热能的损耗,为游人提供舒适的游乐环境。

    高跨比,大空间无梁柱,自重轻这些都是传统建筑所无可比拟的。

    气膜建筑系统可达到抵御67米/秒的台风和250kg/m2的积雪,保证建筑的安全性,空调能耗仅为传统建筑的1/10—1/4,总体节能75%以上。

★南京南湖俱乐部羽毛球馆——中国第一个气膜球馆,并建筑于原有建筑物之上

    中国首个气膜:南京南湖俱乐部羽毛球馆

    该项目利用气膜建筑的轻质高强度,项目跨度为27米,长44米,原有女儿墙体高1.4米,气膜从墙上起拱,高11.6米,主要受力为上扬力等特质,在原有的老式建筑顶楼加盖出一层建筑。原建筑为老式四层楼房,利用气膜建筑在楼顶设计出一个新型的羽毛球馆,经过核算,气膜建筑的建设和使用完全在原有建筑的基础承受范围之内,不会影响到原建筑的安全和受力。

★深圳大生网羽馆

    面积: 3054平方米 (81X37.8X13.2米) 照明方式: 吊式照明&立柱式

    羽毛球场:12片 网球场: 2 片

    采用柱式和吊式两种照明提供均匀、无眩光的照明效果;

    球馆采用微风送风系统,室内超静气流,恒温恒湿运动环境舒适。

    在夏季,这个3000多平米的气膜球馆,仅需30冷吨的空调,而在传统建筑中,起码需要300冷吨的空调,从而在得到良好舒适度的同时也节约了大量能源耗费和运营成本

    ★世界最大的气膜体育场馆

    气膜尺寸:204mL * 122mW * 36.5mH (400'W 670'L120'H)

    总 面 积:24888平方米

    这个超级气膜多功能综合场馆,不仅是气膜行业中的第一个,而且将是世界范围里所有气膜运动场馆中最大的一个。

    多功能气膜综合场馆,包括4个室内棒球场和4个室内足球场设施,需要时还可转换为长曲棍球和其他多种运动项目的场地。此外,气膜内部还建有1万平方英尺(930平米)的综合服务中心,为运动者提供各项服务,包括更衣室,体育训练中心,会所活动等。12个1对1的棒球练习场和一个会所屋顶上的巨大看台,可以无障碍的观看整个体育场内的比赛和活动。

    以下的气膜配置介绍,足以说明这个超级气膜多功能体育馆是迄今为止最大的气膜工程,我们在保证整体建筑安全稳定性的同时满足所有活动的各项要求:

1、432,000平方英尺(40176平米10亩),选用Tedlar膜材作为外膜膜材,具有良好的抗紫外线能力,抗拉强度和阻燃;

2、432,000平方英尺PVC内膜,在有效防止紫外线的同时保温隔热,内膜与外膜焊接到一起,形成空气隔离层保温隔热,并减少供暖和空调的运行成本,同时可以保证自然光的进入;

3、175000英尺长,涂层以9 /16的PVC耐紫外线涂层热镀锌钢缆。ASATI的独有的斜向网状钢缆,使气膜可以承受更大的压力,使气膜可以抵御 270000磅雪荷载=(13550吨);

4、400000瓦特Daft Hanglite's ®的照明系统;

5、6套供暖系统可为场馆提供150万btu的热量,总计900冷吨的空调,采暖与空调系统将实现自动控制,根据外部环境变化自动调节室内温度,使气膜室内全年保持舒适的运动环境;

6、20个紧急出口,保证发生紧急情况时人员的逃生最小距离不超过100英尺(30米),满足相关规范要求;2个主入口旋转门与会所相连接,管理中心可控制所有人员和球队的现场情况;2 个ADA出入口将与毗邻的旋转门相连以方便轮椅进出,或为那些需要提供帮助的人员所用;1个汽车气锁进出门,保证大型体育运动设施的运送和移出。

 


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