ETFE气枕式膜结构——以空气作为建筑材料的结构

通过介绍20世纪人类在充气式膜结构领域的探索,该文详细分析了ETFE气枕式膜结构这一新型充气式膜结构形式在结构体系方面的诸多优势,并且从生态可持续性领域论述了该结构体系对建设集约型社会所具有的重要意义。

ETFE气枕式膜结构

随着ETFE(Ethylene Tetra Fluro Ethylene)膜材的成功研发,凭借其轻质、透光、隔热、抗腐、耐候、自洁等良好的性能而被广泛应用,大量的学者也对其开展研究。ETFE膜材为非织物类膜材,相比织物类膜材其单张膜的抗拉强度较低,常采用气枕的形式多张共同受力,并通过内压使其具有合适的刚度,由此产生的气枕式膜结构具有较好的力学性能和使用性能,逐渐得到广泛的发展并具有良好的前景。提炼出了ETFE气枕式膜结构相比于其它膜结构独有的可调节特性,在服役过程中通过内压改变对受力性能、透光率、隔热性能等的自动调节能力,并对ETFE气枕式膜结构的发展、性能、设计方法与施工技术进行研究与归纳,总结了国内外学者对ETFE气枕式膜结构的研究现状,对工程实践具有一定的指导意义。

荷载作用下气枕式ETFE膜结构受力性能分析

对气枕式ETFE膜结构的受力性能进行了研究,分析了均布荷载作用下ETFE膜结构气枕的膜面位移和内力随荷载变化的规律,分别考察了气枕的初始内压、高跨比、薄膜厚度等参数对气枕位移、膜面应力的影响,给出了其参数变化影响规律.此外,对ETFE气枕的边缘构件进行了受力分析,分别给出了初始形态下和受荷状态下边缘构件的受力特点.通过分析,给出了设计建议.

气枕式ETFE膜结构的初始形态分析

随着气枕式ETFE膜结构在北京2008奥运会国家游泳中心的大面积使用,这种结构形式在国内受到了越来越多的关注.本文对气枕式ETFE膜结构的初始形态分析进行了研究.首先利用AN SY S通用有限元软件配合APDL语言进行编程,完成了对膜结构初始形态的模拟,并对该方法进行了验证,得到了满意的结果.在此基础上对气枕式ETFE膜结构进行了初始形态分析,并对计算结果进行了讨论,为ETFE气枕式膜结构的设计在理论上作了一些有益的探索.

气枕式ETFE膜结构的找形分析

对气枕式ETFE膜结构的找形分析进行了研究.由薄膜理论导得膜结构的微分方程,并采用弹性力学的扭转分析法进行求解.文中给出了矩形、等边六边形、椭圆形、圆形、等边三角形、完整扇形及任意扇形等ETFE气枕的找形计算公式,这些公式对气枕式ETFE膜结构的设计具有一定参考价值.此外,对ETFE气枕的边缘构件进行了分析,并给出了设计建议.

气枕式充气膜结构形态与受力分析

为解决气枕式充气膜结构在荷载作用下的变形问题,采用非线性有限元方法对气枕式充气膜结构进行形态分析的基本方法.气枕式充气膜结构的形态分析分为两个阶段:即找形分析与找态分析,由此可得到满足相应要求的几何模型与应力状态.假设密封气枕内质量一定的气体满足理想气体状态方程,在荷载作用下,内压随着体积的变化而变化.给出在一定压力作用下半球状气枕的验证算例并与材料力学中给出的理论解进行比较;基于该方法,另对气枕式充气膜结构在不同外荷载作用下的受力状态进行分析并给出相应的算例,计算结果表明采用理想气体状态方程可以模拟在外部荷载作用下气枕的变形、应力状态以及内压变化情况,且是合理有效的并具有较高的准确性.

ETFE气枕膜结构的应用与创新发展

随着建筑节能效果更佳的ETFE气枕膜结构在国内建筑市场的的应用变得更为广泛,为适应国内南北巨大的气候差异以及建筑节能要求的不断提高,ETFE气枕膜结构也在不断创新发展,满足着市场的需求。本文重点介绍ETFE气枕膜结构如何创新发展以适应市场要求,不断发展完善的一些举措,同时展望未来的发展前景,供有关研究人员及建筑设计师等需求者参考。

ETFE膜结构在建筑中的应用

乙烯-四氟乙烯ETFE膜材作为特殊建筑材料,基于其优越的采光性能、材料及结构轻盈等专有特点,逐渐被广泛用于商业中庭、植物温室、高速收费站等建筑结构中。通过ETFE材料膜结构工程实例,介绍单层ETFE构成应用,双层或多层ETFE气枕构成应用,及ETFE与PTFE或PVC交叉构成应用。

某大型游乐项目ETFE膜结构安装技术

ETFE作为一种新型建筑材料,具有轻质高强、耐久性好及良好的保温、隔热性能,是绿色环保材料。针对上海某大型主题乐园明日世界园区308单体屋面ETFE膜结构施工,介绍了该膜结构施工难点及解决措施,重点阐述了天幕ETFE膜结构施工流程及主要施工工艺。

ETFE薄膜气枕模型试验研究

设计制作了2个不同矢跨比的ETFE薄膜气枕模型,进行了气枕形状测试、加压以及铺砂加压试验,得到了气枕形状坐标以及膜面随气压的变形量。对ETFE薄膜进行单向拉伸试验,测得材料的屈服强度、切线弹性模量和割线弹性模量。利用几何非线性有限元进行了数值分析,将数值结果与试验值进行了比较分析。结果表明:ETFE薄膜可按各向同性材料分析,数值计算结果与试验值吻合较好;在同样内压作用下,气枕矢高较高时膜面位移与膜面应力较小;ETFE薄膜采用割线弹性模量计算得到的膜面位移与试验值比较吻合,采用切线弹性模量计算得到的变形小于试验值。

基于薄壳单元的薄膜结构褶皱分析

薄膜结构是由柔性膜材作为主要受力构件的一种新型空间结构。在外荷载的作用下,膜材会产生褶皱,进而影响膜结构的受力性能和可靠性。因此,对薄膜结构的褶皱分析是十分必要的。根据屈曲理论,采用薄壳单元对张拉薄膜结构在面内荷载作用下的褶皱问题进行模拟,得到褶皱的波长、幅值及方向等信息。通过与实验结果的比较,证明该文方法的准确性和有效性。采用该方法,在准静态条件下,分析了在工作荷载下气枕式充气膜结构的形与态。在其基础上,考虑垂直于膜面与膜面内荷载共同作用下气枕的褶皱分布情况及应力状态。计算结果表明:采用薄壳单元可以模拟张拉薄膜结构与充气薄膜结构的变形、褶皱具体信息以及单元应力变化情况等。

新加坡环球影城工程绿色建筑设计与应用

新加坡环球影城工程自设计阶段开始,依据新加坡绿色建筑标识标准,将绿色建筑理念贯穿于整个工程。工程在节能、节水、环境保护、保障空气质量等方面采取了多项措施,实现了建筑的环境友好及可持续发展导向,取得了良好的社会经济效益。重点介绍了绿色生态空调技术、绿色屋面、太阳能技术、循环水系统、真空垃圾回收装置等绿色建筑最新技术在新加坡环球影城工程中的应用。

ETFE薄膜材料参数设计值研究

乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜结构设计方法与设计参数研究相对滞后,国内外均未正式发布相关设计规范。分别对厚度为80、100、200、250、300μm的ETFE薄膜共计307个试样进行单轴拉伸试验,得到第一屈服点、第二屈服点及抗拉极限点的应力、应变以及各弹性模量的统计值。根据ETFE薄膜的材性及其结构受力特性,确定了单层张拉式和气枕式结构的ETFE薄膜强度标准值,得到了ETFE薄膜的材性不定性统计参数和几何不定性统计参数。根据结构抗力不定性及荷载不定性统计参数,计算并确定了ETFE薄膜单层张拉式以及气枕式结构在风荷载、雪荷载组合时的材料抗力分项系数与强度设计值的建议值。给出了ETFE薄膜弹性模量和泊松比建议值。

国家游泳中心(水立方)工程施工新技术综述

国家游泳中心整个结构外形为立方体,外围钢结构墙体及屋盖被ETFE膜结构覆盖,共有3216个气枕组成,覆盖面积达到10万m2,是世界上规模最大的膜结构工程。施工中通过采用耐久性100年的混凝土技术、预应力大梁大体积混凝土施工技术、新型多面体空间刚架结构施工技术技术、屋盖及墙体ETFE膜气枕结构系统综合技术等创新技术,提高了工效,经济、环保效益良好,多项技术填补了国内空白,达到了国际先进水平。本工程荣获2006年度北京市结构工程"长城杯"金奖,并完成两项国际级工法。

从北京奥运国家游泳中心“水立方”——谈远大设计与施工技术应用

本文通过介绍世界面积最大的充气膜结构工程——北京奥运国家游泳中心“水立方”膜结构设计的部分难点,阐述设计师尊重建筑设计、重视建筑环境、注重维护结构功能与美学、不断创新的设计理念。强调完美的建筑源于完善的设计,完善的设计是艺术与技术的完美融合。

所有细节的考虑

实际上并不是只有进到安联球场内部才能体会到这座球场的宏伟,不少人根据其独特的外形,亲切地将它称为UFO,也有很多当地的居民骄傲地称之为"救生艇"。这样的称谓当然得益于其外部由ETFE膜组成的"充气枕"所构建的特殊结构,这些"枕头"内部充满了压缩气体。安联球场外部总共分布了2874个这样的膜结构,其中1056个能够被灯光映射成蓝色、红色或白色,分别对应于前文提到的三支球队。另外,该结构十分结实,不会受到天气变化的影响,并且通过紫外线的照射能够膨胀,使得墙体厚度增加。

建筑用光学问多

在一个相当长的历史阶段,人类利用自然光和火光照明,曾在建筑中创造了不少有效的采光和照明方法。随着人类文明的进步,建筑的采光也变得更加高效,照明手段更为科学化。从古代的木屋瓦房,到如今通体覆盖玻璃幕墙的摩天大楼,科技的发展不断刷新着建筑的高度和颜值。从19世纪白炽灯的发明,到现在高能效、高亮度的LED照明技术,科技的发展大大丰富了人类的活动范围。然而,光鲜的背后,也有可能隐藏着它的副作用,光污染就是其中之一。

科技让“水”更美丽——国家游泳中心水立方

"科技奥运"是2008年北京奥运会的三大理念之一,它涉及到信息、能源、环境、气象、交通、场馆建设等多个领域。在这当中,场馆建设成为了人们议论众多的话题之一,尤其是当水立方、鸟巢逐渐呈现给观众时,奥运场馆给大众的带来的魅力则成为了运动场上另一道独特的风景线。

“水立方”探秘

在北京中轴线北端西侧,有一座通体覆盖着无数巨大蓝色泡泡的建筑,它就是北京奥运场馆中最具梦幻色彩的国家游泳中心"水立方"。"水立方"外方设计师之一、澳大利亚PTW建筑师事务所的约翰·保林曾将这座场馆比喻是一座水下宫殿,现在看来这个比喻毫不夸张。"水立方"没有传统意义上的窗户,3065个大小不一的气枕像一个个蓝色水泡一样覆盖在钢结构上。