膜结构材料的性能
作为膜结构建筑的一个重要组成部分,膜结构材料必须防水、挡风、不透气,还应具有抗拉强度大、伸长合适、耐摩损、抗机械损伤等性能。建筑用膜结构材料在使用过程中长期暴露在日光和风雨中,这就要求材料具有优良的耐气候性能、耐高温和低温、耐腐蚀性和防霉变。长期暴露于日光和酸雨中不易降解和在受张力以及被风雨袭击时,不易变形和伸长以及干湿状态尺寸稳定性好。膜结构材料的剥离强度好,即骨架材料与涂层材料黏合性能好,有利于提高膜材料的使用寿命。挠曲性好,容易实现设计师对建筑物形状和外观的要求。此外,根据使用领域环境的不同,建筑用膜结构材料还应具有高熔点、高韧度、成本低、质量轻和阻燃性能好等特点。
事实上,同传统的建筑材料(钢筋、水泥等)相比,膜结构材料还在以下几个方面具有明显的优势。
1.耐久性
膜结构材料的基层织物质量轻,具有较高的机械强度,长期受力不会出现明显的应力松弛或蠕变。中等强度的PVC膜,其厚度0.61mm,但它的拉伸比强度相当于钢材的一半;中等强度的PTFE膜,其厚度仅0.5mm,但它的拉伸比强度已达到钢材的水平。PTFE涂层玻璃纤维膜寿命可达40年,PVDF涂层聚酯纤维膜寿命也有15年。
2.透光、传热性
膜材料可滤除大部分紫外线,防止内部物品退色。其对自然光的透射率可达20%,透射光在结构内部产生均匀的漫射光,无阴影、无眩光、具有良好的显色性。夜间在逆光照射下,其外表发光,可使建筑物成为城市的标志景观。PTFE涂层玻璃纤维膜对光线的反射率为73%,透光率为13%,大大减少了热量传递。在强光照射下,膜材表面温度只比外面气温上升2~3℃;而一般的玻璃、聚碳酸酯板透光率高达80%,内部温度会上升很高。在结构膜下面附加一层隔热内膜,热能效果更佳。两层膜屋顶很适用于严寒及酷热区域。单层膜材料的保温性能与砖墙相同,优于玻璃。同其他材料的建筑一样,膜建筑内部也可采用其他方式调节其内部温度,如内部加挂保温层、运用空调采暖设备等。
3.防火性能
如今广泛使用的膜材料能很好地满足防火需求,具有卓越的阻燃和耐高温性能,能达到法国、德国、美国、日本等多国标准。
膜结构材料的应用
膜结构材料具有轻质、高强度以及柔韧性强等特点,被广泛应用于各项膜结构建筑中,如体育场馆、文化娱乐场所、会议中心、展览馆、商场、候机大厅火车站、汽车站、停车棚、收费站等。作为膜结构建筑的一个重要组成部分,膜结构材料通常与支撑体系相结合而形成具有一定刚度的稳定曲面,可以承受一定载荷,并能够覆盖较大空间的结构形式即通常所说的建筑物软性屋顶。这种软性屋顶有两种支撑方法,一种是用刚性框架,或者用钢索系列将涂层织物撑起做成顶棚试样,也有人称之为帐篷结构;另一种是用空气压力把涂层织物顶起来,即充气结构。根据支撑方法和形成的篷面特征,帐篷结构又可以分为净跨度结构和牵拉结构两大类。