ETFE膜結構是一種以乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜為核心材料的建築技術,結合鋼結構或充氣係統形成輕質、高透光的建築形態。ETFE膜結構通過材料與技術創新,推動了建築形態的多樣化和功能優化,成為現代建築輕量化、可持續化的重要方向。以下是關於 ETFE 膜結構的詳細介紹:
ETFE膜結構材料與結構組成:ETFE膜材,又名乙烯 - 四氟乙烯共聚物,是一種透明的合成材料,通常由三層或五層薄膜構成,每層薄膜厚度在 100-250 微米之間。具有密度低(約 1.7-1.8g/cm³)、重量輕的特點,隻有同等麵積玻璃質量的 1%。其結構組成主要是由支撐結構和固定係統組成,支撐結構一般采用鋁合金或鋼結構作為支撐,為ETFE膜提供穩固的支撐框架,以承受膜結構所受到的各種荷載。固定係統則是通過螺栓連接或焊接等方式將ETFE膜材固定在支撐結構上,同時對膜材的邊緣部分進行密封處理,確保連接緊密可靠,防止氣體泄漏。
ETFE膜結構材料特性:其材料具有良好的耐候性、高透光性、優異的隔熱性、輕質高強、自清潔功能、靈活的造型能力等特性。膜材能抗紫外線、耐高溫和低溫,在極端氣候條件下保持穩定,對酸堿、化學物質和大多數溶劑具有出色的耐腐蝕性,使用壽命長達 25-35 年。可見光透過率高達95%,紫外線透過率高達94%,可以有效利用自然光,減少人工照明的使用,降低能源消耗。通過控製充氣量、充入氣體的種類以及膜的層數等方式,可實現良好的保溫隔熱效果,有效降低室內溫度,減少空調等設備的能源消耗。質量輕,大大減輕了建築結構的自重負載,同時韌性好,延展性大於 400%,抗拉強度高,不易被撕裂,0.2mm 厚度的薄膜其拉伸強度可達到 500N/5cm,拉裂強度可達約 1200N/5cm。還具有優異的抗靜電性能,灰塵不易吸附在其表麵,使膜麵保持清潔,減少了清潔維護的工作量和成本。靈活的造型能力使得其可以加工成任何尺寸和形狀,能實現各種複雜的建築造型,如曲麵、球形等,為建築師提供了廣闊的設計空間,滿足多樣化的設計需求。
ETFE膜結構類型與分類:從支撐形式來說可以分為骨架式、充氣式、氣承式和氣脹式四種。原理分別是,骨架式,依賴鋼桁架或網殼結構支撐,如北京“鳥巢”;充氣式,利用氣壓差維持形態;氣承式,整體充氣形成連續空間,適用於大型場館;氣脹式,包括氣枕式(如安聯體育場變色氣囊)、氣肋式(局部充氣支撐)。從結構層次來說分為單層ETFE和多層氣枕。單層ETFE,適用於小跨度采光帶,常與PVC/PTFE材質組合使用,多層氣枕是通過ETFE膜疊加形成保溫隔熱的空氣夾層,提升節能效果。
ETFE膜結構應用領域:其應用領域主要有體育場館、展覽中心、機場航站樓、商業建築、農業溫室、汙水處理設施。體育場館,如 2008 年北京奧運會國家遊泳中心 “水立方”,其屋麵和牆麵圍護係統采用了 ETFE 充氣膜結構,創造了獨特的建築外觀,同時滿足了體育場館對采光、保溫、隔熱等方麵的要求。大型展覽中心使用 ETFE 膜結構可以營造出寬敞明亮的室內空間,高透光性使室內展品能夠更好地展示,同時也為參觀者帶來舒適的視覺體驗。ETFE膜結構的輕質高強特性適合用於大跨度的機場航站樓建築,能夠減輕建築自重,降低對支撐結構的要求,並且其良好的透光性可以使航站樓內部更加通透明亮。在商場、購物中心等商業建築中,ETFE膜結構可用於屋頂或外立麵設計,增加建築的獨特性和吸引力,同時實現節能降耗的目的。因其高透光性和良好的保溫隔熱性能,ETFE膜材成為農業溫室的理想材料之一,能夠為作物提供充足的光照,有效調節室內溫度,優化作物生長環境,提高農作物的產量和質量。在汙水處理廠等設施中,ETFE膜可以作為覆蓋材料,其化學穩定性能夠抵抗汙水中的化學物質侵蝕,延長設施的使用壽命。
ETFE膜結構具有超高的經濟與環保價值,從成本效益方麵來說,其施工周期短,造價約為傳統結構的50%,維護成本低,防塵設計減少清潔需求。從材料可持續性出發,其材料可回收,建造過程無汙染,符合綠色建築標準。ETFE膜結構通過材料與技術創新,推動了建築形態的多樣化和功能優化,成為現代建築輕量化、可持續化的重要方向。