膜結(jié)構(gòu)的完整體現(xiàn)——水立方（聚氟乙烯）
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揚(yáng)州市唯美膜結(jié)構(gòu)有限公司 日期：05-21 2927 屬于：行業(yè)動(dòng)態(tài)
膜結(jié)構(gòu)建筑是21世紀(jì)具代表性的一種全新的建筑形式，至今已成為大跨度空間建筑的主要形式之一。它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工、材料科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體，建造出具有標(biāo)志性的空間結(jié)構(gòu)形式，它不僅體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的力量美，還充分表現(xiàn)出建筑師的設(shè)想，享受大自然浪漫空間。在2008年的奧運(yùn)會(huì)建筑設(shè)計(jì)上，膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用就得到完善的體現(xiàn)。 “水立方”是世界上大的膜結(jié)構(gòu)工程，除了地面之外，外表都采用了膜結(jié)構(gòu)———ETFE材料，藍(lán)色的表面出乎意料的柔軟但又很充實(shí)。國家體育館工程承包總經(jīng)理譚曉春透露，這種材料的壽命為20多年，但實(shí)際會(huì)比這個(gè)長，人可以踩在上面行走，感覺特別棒。目前世界上只有三家企業(yè)能夠完成這個(gè)膜結(jié)構(gòu)。 “水立方”不僅是一幢優(yōu)美和復(fù)雜的建筑，她還能激發(fā)人們的靈感和熱情，豐富人們的生活，為人們提供記憶的載體。因此設(shè)計(jì)中不僅利用水的裝飾作用，同時(shí)還利用其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。采用在整個(gè)建筑內(nèi)外層包裹的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）是一種輕質(zhì)新型材料，具有有效的熱學(xué)性能和透光性，可以調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，冬季保溫、夏季散熱，而且還會(huì)避免建筑結(jié)構(gòu)受到游泳中心內(nèi)部環(huán)境的侵蝕。更神奇的是，如果ETFE膜有一個(gè)破洞，不必更換，只需打上一塊補(bǔ)丁，它便會(huì)自行愈合，過一段時(shí)間就會(huì)恢復(fù)原貌！
“水立方”的膜結(jié)構(gòu)使用的是一種名為ETFE的特殊材料,早使用于航空工業(yè)中,在業(yè)內(nèi)素有“塑料王”的美譽(yù)。 ETFE薄膜的使用在國內(nèi)尚屬首次,但過去20年內(nèi),由于這種材料耐腐蝕性、保溫性俱佳、自清潔能力強(qiáng),歐洲有600至800個(gè)建筑都用了這種材料,包括德國的安聯(lián)體育場和英國“伊甸園”植物園。在過去的20多年間,這些建筑中使用的ETFE膜透光性和強(qiáng)度沒有出現(xiàn)絲毫的退化,迄今為之工況良好。“水立方”的設(shè)計(jì)壽命為100年,ETFE膜在過去近30年里的表現(xiàn)讓人“水立方”的壽命充滿信心。
然而,過去的20多年的數(shù)據(jù)畢竟只具有參考價(jià)值,“水立方”的膜結(jié)構(gòu)如何養(yǎng)護(hù)?在安裝之前,工程人員曾進(jìn)行了抗沖擊的實(shí)驗(yàn)以檢驗(yàn)?zāi)?qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)時(shí),在膜上方2—3米的地方,用削尖的木楔子向氣枕落下,看它能否承受這種沖擊而不會(huì)破漏。通過這些實(shí)驗(yàn)以及在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的拉伸的實(shí)驗(yàn),證明膜的強(qiáng)度是符合使用要求的,即使面對冰雹的天氣也沒有問題。
鄭方說,“水立方”周圍設(shè)置了護(hù)城河,內(nèi)層膜結(jié)構(gòu)也與公眾活動(dòng)區(qū)域有一定距離,這樣的設(shè)計(jì)保證了公眾不可能近距離的接觸到這些“水泡泡”,這就大大降低了它受傷害的可能。此外,ETFE為半透明的材質(zhì),“根據(jù)生物學(xué)原理,鳥兒們是不大愿意停留在半透明物上的。”“水立方”頂部設(shè)有雨洪收集系統(tǒng)——排水天溝,這個(gè)地方也成為鳥兒們在水立方一個(gè)的落腳點(diǎn),為了保證落在上面的鳥兒們遠(yuǎn)離“泡泡”,設(shè)計(jì)者們又在天溝接近膜結(jié)構(gòu)的部位設(shè)置了金屬線供鳥兒們落腳,確保他們不會(huì)步入“禁區(qū)”。
水立方內(nèi)外層膜結(jié)構(gòu)之間有一個(gè)充氣的空間,被稱為氣枕,倘若膜結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)破損會(huì)有怎樣的后果?鄭方開玩笑地說:“后果非常的不嚴(yán)重。”由于氣枕中的壓強(qiáng)僅為250帕,只比外部自然狀態(tài)下的壓強(qiáng)高出一點(diǎn),因此,局部的破損后,里面的空氣只會(huì)慢慢的釋放,不會(huì)“嘭”地爆開,不會(huì)對人構(gòu)成威脅。而局部破損后的膜結(jié)構(gòu)非常容易修補(bǔ),“只要使用ETFE材料制成的膠水修復(fù)即可”。
水立方首次采用的ETFE膜材料,可以恰當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)“水立方”，水立方”的外
形看上去就像一個(gè)藍(lán)色的水盒子，而墻面就像一團(tuán)無規(guī)則的泡泡。這個(gè)泡泡所用的材料“ETFE”，也就是我們常說的“聚氟乙烯”。這種材料耐腐蝕性、保溫性俱佳，自清潔能力強(qiáng)。國外的抗老化試驗(yàn)證明，它可以使用15至20年。而這種材料也很結(jié)實(shí)，據(jù)稱，人在上面跳躍也不會(huì)損傷它。同時(shí)由于自身的絕水性，它可以利用自然雨水完成自身清潔，是一種新興的環(huán)保材料。猶如一個(gè)個(gè)“水泡泡”的ETFE膜具有較好抗壓性，厚度僅如同一張紙的ETFE膜構(gòu)成的氣枕，甚至可以承受一輛汽車的重量。氣枕根據(jù)擺放位置的不同，外層膜上分布著密度不均的鍍點(diǎn)，這鍍點(diǎn)將有效的屏蔽直射入館內(nèi)的日光，起到遮光、降溫的作用。 “水立方”整體建筑由3000多個(gè)氣枕組成，氣枕大小不一、形狀各異，覆蓋面積達(dá)到10萬平方米，堪稱世界之。除了地面之外，外表都采用了膜結(jié)構(gòu)。安裝成功的氣枕將通過事先安裝在鋼架上的充氣管線充氣變成“氣泡”，整個(gè)充氣過程由電腦智能監(jiān)控，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣壓、光照等條件使“氣泡”保持好的狀態(tài)。
這種像“泡泡裝”一樣的膜材料有自潔功能，使膜的表面基本上不沾灰塵。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新。此外，膜材料具有較好的抗壓性，人們在上面“玩蹦床”都沒問題，“正常的放上一輛汽車都不會(huì)壓壞”。如果萬一出現(xiàn)外膜破裂，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案，可在8個(gè)小時(shí)內(nèi)把破損的外膜修好或換新。“水立方”晶瑩剔透的外衣上面還點(diǎn)綴著無數(shù)白色的亮點(diǎn)，被稱為鍍點(diǎn)，它們可以改變光線的方向，起到隔熱散光的效果。 此外，“水立方”占地7.8公頃，卻沒有使用一根鋼筋，一塊混凝土。其墻身和頂棚都是用細(xì)鋼管連接而成的，有1.2萬個(gè)節(jié)點(diǎn)。只有2.4毫米厚的膜結(jié)構(gòu)氣枕像皮膚一樣包住了整個(gè)建筑，氣枕大的一個(gè)約9平方米，小的一個(gè)不足1平方米。跟玻璃相比，它可以透進(jìn)更多的陽光和空氣，從而讓泳池保持恒溫，能節(jié)電30%。
“考慮到場館的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，膜結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的隔熱功能；另外，修補(bǔ)這種結(jié)構(gòu)非常方便，比如，射槍或者是尖銳的東西戳進(jìn)去后，監(jiān)控的電腦會(huì)自動(dòng)顯現(xiàn)出來。如果破了一個(gè)洞，只需用不干膠一貼就行了；膜結(jié)構(gòu)還非常輕巧，并具有良好 面，塵土也能隨著雨水被排出。”譚曉春說，膜結(jié)構(gòu)自身就具有排水和排污的功能以及去濕和防霧功能，尤其是防結(jié)露功能,對游泳運(yùn)動(dòng)尤其重要。
“水立方”的膜結(jié)構(gòu)使用的是一種名為ETFE的特殊材料,早使用于航空工業(yè)中,在業(yè)內(nèi)素有“塑料王”的美譽(yù)。 ETFE薄膜的使用在國內(nèi)尚屬首次,但過去20年內(nèi),由于這種材料耐腐蝕性、保溫性俱佳、自清潔能力強(qiáng),歐洲有600至800個(gè)建筑都用了這種材料,包括德國的安聯(lián)體育場和英國“伊甸園”植物園。在過去的20多年間,這些建筑中使用的ETFE膜透光性和強(qiáng)度沒有出現(xiàn)絲毫的退化,迄今為之工況良好。“水立方”的設(shè)計(jì)壽命為100年,ETFE膜在過去近30年里的表現(xiàn)讓人“水立方”的壽命充滿信心。
然而,過去的20多年的數(shù)據(jù)畢竟只具有參考價(jià)值,“水立方”的膜結(jié)構(gòu)如何養(yǎng)護(hù)?在安裝之前,工程人員曾進(jìn)行了抗沖擊的實(shí)驗(yàn)以檢驗(yàn)?zāi)?qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)時(shí),在膜上方2—3米的地方,用削尖的木楔子向氣枕落下,看它能否承受這種沖擊而不會(huì)破漏。通過這些實(shí)驗(yàn)以及在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的拉伸的實(shí)驗(yàn),證明膜的強(qiáng)度是符合使用要求的,即使面對冰雹的天氣也沒有問題。
鄭方說,“水立方”周圍設(shè)置了護(hù)城河,內(nèi)層膜結(jié)構(gòu)也與公眾活動(dòng)區(qū)域有一定距離,這樣的設(shè)計(jì)保證了公眾不可能近距離的接觸到這些“水泡泡”,這就大大降低了它受傷害的可能。此外,ETFE為半透明的材質(zhì),“根據(jù)生物學(xué)原理,鳥兒們是不大愿意停留在半透明物上的。”“水立方”頂部設(shè)有雨洪收集系統(tǒng)——排水天溝,這個(gè)地方也成為鳥兒們在水立方一個(gè)的落腳點(diǎn),為了保證落在上面的鳥兒們遠(yuǎn)離“泡泡”,設(shè)計(jì)者們又在天溝接近膜結(jié)構(gòu)的部位設(shè)置了金屬線供鳥兒們落腳,確保他們不會(huì)步入“禁區(qū)”。
水立方內(nèi)外層膜結(jié)構(gòu)之間有一個(gè)充氣的空間,被稱為氣枕,倘若膜結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)破損會(huì)有怎樣的后果?鄭方開玩笑地說:“后果非常的不嚴(yán)重。”由于氣枕中的壓強(qiáng)僅為250帕,只比外部自然狀態(tài)下的壓強(qiáng)高出一點(diǎn),因此,局部的破損后,里面的空氣只會(huì)慢慢的釋放,不會(huì)“嘭”地爆開,不會(huì)對人構(gòu)成威脅。而局部破損后的膜結(jié)構(gòu)非常容易修補(bǔ),“只要使用ETFE材料制成的膠水修復(fù)即可”。
水立方首次采用的ETFE膜材料,可以恰當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)“水立方”，水立方”的外
形看上去就像一個(gè)藍(lán)色的水盒子，而墻面就像一團(tuán)無規(guī)則的泡泡。這個(gè)泡泡所用的材料“ETFE”，也就是我們常說的“聚氟乙烯”。這種材料耐腐蝕性、保溫性俱佳，自清潔能力強(qiáng)。國外的抗老化試驗(yàn)證明，它可以使用15至20年。而這種材料也很結(jié)實(shí)，據(jù)稱，人在上面跳躍也不會(huì)損傷它。同時(shí)由于自身的絕水性，它可以利用自然雨水完成自身清潔，是一種新興的環(huán)保材料。猶如一個(gè)個(gè)“水泡泡”的ETFE膜具有較好抗壓性，厚度僅如同一張紙的ETFE膜構(gòu)成的氣枕，甚至可以承受一輛汽車的重量。氣枕根據(jù)擺放位置的不同，外層膜上分布著密度不均的鍍點(diǎn)，這鍍點(diǎn)將有效的屏蔽直射入館內(nèi)的日光，起到遮光、降溫的作用。 “水立方”整體建筑由3000多個(gè)氣枕組成，氣枕大小不一、形狀各異，覆蓋面積達(dá)到10萬平方米，堪稱世界之。除了地面之外，外表都采用了膜結(jié)構(gòu)。安裝成功的氣枕將通過事先安裝在鋼架上的充氣管線充氣變成“氣泡”，整個(gè)充氣過程由電腦智能監(jiān)控，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣壓、光照等條件使“氣泡”保持好的狀態(tài)。
這種像“泡泡裝”一樣的膜材料有自潔功能，使膜的表面基本上不沾灰塵。即使沾上灰塵，自然降水也足以使之清潔如新。此外，膜材料具有較好的抗壓性，人們在上面“玩蹦床”都沒問題，“正常的放上一輛汽車都不會(huì)壓壞”。如果萬一出現(xiàn)外膜破裂，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案，可在8個(gè)小時(shí)內(nèi)把破損的外膜修好或換新。“水立方”晶瑩剔透的外衣上面還點(diǎn)綴著無數(shù)白色的亮點(diǎn)，被稱為鍍點(diǎn)，它們可以改變光線的方向，起到隔熱散光的效果。 此外，“水立方”占地7.8公頃，卻沒有使用一根鋼筋，一塊混凝土。其墻身和頂棚都是用細(xì)鋼管連接而成的，有1.2萬個(gè)節(jié)點(diǎn)。只有2.4毫米厚的膜結(jié)構(gòu)氣枕像皮膚一樣包住了整個(gè)建筑，氣枕大的一個(gè)約9平方米，小的一個(gè)不足1平方米。跟玻璃相比，它可以透進(jìn)更多的陽光和空氣，從而讓泳池保持恒溫，能節(jié)電30%。
“考慮到場館的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，膜結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的隔熱功能；另外，修補(bǔ)這種結(jié)構(gòu)非常方便，比如，射槍或者是尖銳的東西戳進(jìn)去后，監(jiān)控的電腦會(huì)自動(dòng)顯現(xiàn)出來。如果破了一個(gè)洞，只需用不干膠一貼就行了；膜結(jié)構(gòu)還非常輕巧，并具有良好 面，塵土也能隨著雨水被排出。”譚曉春說，膜結(jié)構(gòu)自身就具有排水和排污的功能以及去濕和防霧功能，尤其是防結(jié)露功能,對游泳運(yùn)動(dòng)尤其重要。
作為一個(gè)摹寫水的建筑，水立方紛繁自由的結(jié)構(gòu)形式，源自對規(guī)劃體系巧妙而簡單的變異，簡潔純凈的體形謙虛地與宏偉的主場對話，不同氣質(zhì)的對比使各自的靈性得到趣味盎然的共生。椰樹、沙灘、人造海浪……將奧林匹克的競技場升華為世人心目中永遠(yuǎn)的水上樂園。
