建筑工程管理ETFE膜结构在建筑外墙上水立方的应用.docx

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建筑工程管理ETFE膜结构在建筑外墙上水立方的应用

（建筑工程管理）ETFE膜结构在建筑外墙上（水立方）的应用

ETFE的英文为：

ethylene-tetra-fluoro-ethylene,中文名称为：

乙烯-四氟乙烯共聚物，谷称：

聚氟乙烯，又俗称：

F-40.

比重：

1.7克/立方厘米

成型收缩率：

3.1-7.7%

成型温度：

300-330℃

ETFE是最强韧的氟塑料，它于保持了PTFE良好的耐热、耐化学性和电绝缘性能的同时，耐辐射和机械性能有很大程度的改善，拉伸强度可达到50MPa，接近聚四氟乙烯的2倍。

更主要的是其加工性能得以大大提高，特别是它和金属表面的附着力表现突出，使氟塑料和钢壳的紧衬工艺真正是以实现，即氟塑料F40旋转内衬生产工艺，ETFE旋转加工产品有很好的市场前景。

ETFE仍应用于电子电器制造行业中风管喷涂。

物料性能：

1、长期使用温度-80--220度，有卓越的耐化学腐蚀性，对所有化学品均耐腐蚀，摩擦系数于塑料中最低，仍有很好的电性能，其电绝缘不受温度影响，有“塑料王”之称。

2、其耐化学药品性和聚四氟乙烯相似，比偏氟乙烯好。

3、其抗蠕变性和压缩强度均比聚四氟烯好，拉伸强度高，但长率可达100-300%。

介电性好，耐辐射性能优异。

4、ETFE加工成型性好，物理性能均衡、机械韧性好、耐射线性能优异，该材料具有聚四氟乙烯的耐腐蚀特性，克服了聚四氟乙烯对金属的不粘和性缺陷，加之其平均线膨胀系数接近碳钢的线膨胀系数，使ETFE（F-40）成为和金属的理想复合材料。

主要用于工业用电电线电缆，原子反应堆电缆和车辆用电线及制作，工业用涂料等。

ETFE（F-40）氟塑料来源于美国杜邦公司和日本旭硝子公司，主要应用于防腐蚀衬里。

该材料具有聚四氟乙烯的面耐腐蚀特性，同时又有对金属特有的较强粘着特性，克服了聚四氟乙烯对金属的不粘合性缺陷，加之其平均线膨胀系数接近碳钢的线膨胀系数，使ETFE（F-40）成为和金属的理想复合材料，具有极优良的耐负压特性。

用途：

1、适于制作耐腐蚀件，减磨耐磨件、密封件、绝缘件和医疗器械零件。

2、电线、电缆绝缘，防腐设备、密封材料、泵阀衬套，和化学容器。

成型性能：

1、结晶料，吸湿小。

可采用通常得热塑性塑料得加工方法加工成制品。

2、流动性差，极易分解，分解时产生腐蚀气体。

宜严格控制成型温度不要超过350度，模具应加热100-150度，浇注系统对料流阻力应小。

可成型0.7-0.8毫米厚的薄壁简单制品。

3、透明粒料，注塑、挤出成型。

成型温度300-330度，350度之上容易引起变色或发生气泡。

宜高速低压成型，且注意脱模会较困难。

ETFE膜材料介绍：

ETFE的中文名为乙烯-四氟乙烯共聚物。

ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，是壹种透明膜材。

2008年奥运会国家体育馆及国家游泳中心等场馆中将采用这种膜材料。

乙烯-四氟乙烯共聚特膜作为结晶性高聚物，熔点为256-280℃。

烯烧时可自熄。

其抗剪切机械强度高，耐低温冲击性能是现有氟塑料中最好的，从室温到-80℃均能够有较高的冲击强度，化学性能稳定，电绝缘性和耐辐照性能好，ETFE薄膜的实际使用始于上世纪90年代，主要作为农业温室的覆盖材料、各种异型建筑物的蓬膜材料，如运动场见台、建筑锥型顶、娱乐场、旋转餐厅篷盖、娱乐厅篷盖、停车场、展览馆和博物馆等。

英国新千年应典工程之壹的“伊甸园”有“世界第八大奇观”之美誉。

它由4座穹顶状建筑连接组成的全球最大温室，上面覆盖着由ETFE薄膜材料制成的透明盖板，其质量只有相同面积玻璃质量的1%，透明薄片能够回收利用，且具有良好的保温性。

ETFE膜是透明建筑结构中品质优越和替代材料，多年来于许多工程中以其众多优点被证明为可依赖且经济实用的屋顶材料。

该膜是由人工高强度氟聚合物（ETFE）制成，其特有抗粘着表面使其具有高抗污，易清洗的特点。

通常雨水即可清除主要污垢。

ETFE膜使用寿命至少为25-35年，是用于永久性多层可移动屋顶结构的理想材料。

该膜材料多用于跨距为4米的俩层或三层充气支撑结构，也可根据特殊工程的几何和气候条件，增大膜跨距。

膜长度以易安装为标准，壹般为15-30米。

小跨度的单层结构也可用较小规格。

ETFE膜达到B1、DIN4102防为等级标准，燃烧时也不会滴落。

且该膜质量很轻，每㎡只有0.15-0.35公斤。

这种特点使其即使于由于烟、火引引导的膜融化情况下也具有相当的优势。

根据位置和表面印刷的情况，ETFE膜的透光率可高达95%。

该材料不阴挡紫外线等光的透射，以保证建筑内部自然光线。

通过表面印刷，该材料的半透明度可进壹步降低到50%。

根据几何条件及膜的层数，其K值可高达2.0W/m2K。

耗能指数以壹个三层印刷的膜为例可达到0.77.

由于其优秀品质，ETFE膜几乎不需日常保养。

可对其由于机械损坏的屋顶进行简单楂查（壹年壹次为宜），且根据需要就地维修。

同时也可检查通风系统，更换过滤装置。

ETFE膜完全为可再循环利用材料，可再次利用生产新的膜材料，或者分离杂质后生产其它ETFE产品。

国家奥林匹克游泳馆水立方就是用ETFE膜制成的。

关于国家奥林匹克游泳馆水立方膜：

水立方的膜产品供应商德国VECTORFOILTEC公司和沈阳远大企业集团从2005年1月开始膜片工程。

水立方工程建设从2003年12月开始，到竣工后将能容纳17000人。

混凝土和钢结构工程已于2005年7月结束，且于8月1日开始安装膜垫。

VECTORFOILTEC公司于其网站上介绍了“气候外被膜”系统的工作原理：

TEXLON幕墙系统采用具紫外线稳定性的聚四氟乙烯制成许多幕层，且将膜垫或膜片焊入其中。

用挤压铝制品将膜垫边缘系于壹起，固定后就形成了主支撑结构。

注入低压空气的膜垫膨胀后能够隔热，仍通挡风。

“TEXLON膜垫至少有俩层。

但可通过增加系统层次来提高幕墙的隔热性。

每块膜片均能用各种方法来处理，能控制和调节屋顶的美感、视觉透明度和太阳能增益水平。

”

VECTORFOILTEC公司仍表示，他们同时采用了HOECHSTAG公司的HOSTAFLON和杜邦的TEFZELETFE膜材料，但没有明确说明水立方工程所用的是哪壹种产品。

国家游泳中心的蓝色外衣由3000多个气枕组成，最大的9㎡，最小的不到1㎡。

从外表见这些气枕组成了壹个单壹结构，但实际上彼此相对独立，于需要时能方便换单个膜垫。

本报讯（记者吴东耿诺刘宇鑫）国内首个ETFE膜工程正于为国家游泳中心披上新衣。

记者昨日从2008奥运工程办公室了解到，进入8月份，国家游泳中心膜结构气枕安装的各项作业条件已准备到位，正式进行膜结构安装。

全部安装计划从建筑物西南角墙体开始，8月1日已完成第壹个约1㎡的蓝色三角形气枕安装。

8月1日下午4时许，膜结构施工单位完成了安装前的检测，但突降的大雨使得施工方不得不暂停原定安装计划。

施工方且不甘心被老天搅乱工程的进度，随着天气的逐渐好转，他们再次投入了膜结构安装的准备工作。

经过施工方的再次努力，1块约1㎡的三角形“气泡”（膜结构气枕）终于成功安装于了水立方的钢结构上。

对号入座层层把关像这样的“气泡”，整个水立方共需要3000多个，表面覆盖面积达到10万㎡，堪称世界之最。

它们大小不壹，形状各异，最大壹个约9㎡，最小的壹个不足1㎡。

为了能够确保整个工程进度，所有“气泡”于运到场馆前，先于加工厂按照施工方的要求进行裁剪，且壹壹编号。

到达现场后，经过施工方的检验，按照编号安装到相对应的位置。

半月后“泡泡”初现端倪和当初的效果图不同，此次安装成功的“气泡”且没有想象中那么“丰满”。

据施工方介绍，为了施工的方便，安装上去的气泡全是未充气的。

安装完壹定区域后，将通过事先安装于钢架上的充气管线对“气泡”进行充气。

整个充气过程由电脑智能监控，电脑将根据当时的气压、光照等条件使气泡保持最佳状态。

据悉，水立方“气泡”的首次充气将于半月后进行，届时当下见上去“干瘪”的气泡将逐渐丰满起来。

为确保正式安装的顺利进行，2006年春节前完成了实体墙面500㎡试安装。

同时，随主体钢结构相应完成了气枕转接件、充气管道、铝合金夹具底座等施工准备工作，气枕安装已经正式开始。

明年下半年，这个全球最大的ETFE膜结构工程就将竣工。

镀点调光通亮记者于现场见到，这种ETFE膜是全透明的。

第29届奥运会举办时正值盛夏，酷暑天气会不会使“水立方”变成壹个汇聚阳光的“温室浴场”？

如何于保持游泳馆的透明、美观的同时，避免透明场馆温度偏高、出现眩光？

“解决上述问题的法宝就是分布于ETFE膜上的上亿个镀点，即于ETFE膜的表层，镀上上亿个和膜的颜色类似的镀点，用来改变光线的方向，起到隔热散光的效果。

”技术人员介绍，这些“镀点”布成的点阵，就像壹把把遮阳伞，把刺眼的光线和多余的热量挡于场馆之外；而于壹把把“遮阳伞”之间，所需光线能够自由通过，保证场馆的温度和采光。

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新闻链接

“水立方”的创意来自细胞组织单元的基本排列形式以及水泡、肥皂泡的天然构造。

这种于自然界常见的形态从来没有于建筑结构中出现过，为了让观众于观见比赛时置身于“水立方”的清凉幽静之中，设计方案建筑围护结构采用了壹种新型的ETFE气枕，由约3000块气枕组成的膜结构，表面覆盖面积达到10万㎡，比德国世界杯安联球场仍要大4万㎡。

它能够吸收70％的太阳光能，把多余的光线过滤掉，隔热散光，仍具备抗压功能。

GPS定位，“火柴棍”搭起大框架外表柔美的“水立方”内部由6700吨重的钢架支撑，搭建这样的钢结构于国内乃至世界上均是第壹次。

中建壹局集团建设发展XX公司项目经理孙洪庄告诉记者：

“刚开始安装很不理想，上去之后壹焊就变形了，后来采用了GPS定位系统，且于施工前用杆和节点形态相似的火柴棍拼出形状，突破了技术障碍，安装速度也加快了，最快的壹天是200多根，而且全部安装完成后钢结构壹次卸载成功。

”

“泡泡”强度大，可用汽车压

“水立方”的建筑外围护是内外俩层ETFE膜结构，由3000多个气枕组成，覆盖面积达到１０万㎡。

这些气枕大小不壹，形状各异，最大的壹个约９㎡，最小的壹个不足１㎡。

国家游泳中心总经理康伟介绍说，这种材料质地轻巧，但强度却超乎想像———“我们做过实验，气枕充好气之后，汽车压过去均没有问题”。

“皮肤”受损，创可贴来补

为保护“水立方”的“皮肤”ETFE膜，于场馆四周设有壹圈高俩米的护栏，且于护栏内开凿了壹道宽6米、深0.5米的护城河，很难从外部对膜进行人为触摸和破坏。

屋顶的气枕框架边缘仍装有极细的钢丝线，防止鸟对气枕造成破坏。

每个气枕均有相对独立的充气口和放气口，受到局部破坏时不会造成整体“泄气”，即使被利器扎破也只会“慢撒气”，而且气枕的气压是由电脑控制的，万壹出现外膜破裂、漏气的情况，工作人员于8小时内就可用类似创可贴的专用胶带修补小面积的破损。

10问“水立方”

为啥是方的？

“鸟巢”决定的“其实说白了，‘水立方’是‘鸟巢’的配角。

它的存于要和‘鸟巢’相互呼应，‘鸟巢’是椭圆的，不规则的，因此‘水立方’就要呈现壹种方方正正、特别规范的形状，和之形成壹种补充。

”作为“水立方”的总设计师，赵小钧用了这样壹句话来形容“水立方”所处的位置。

“水立方”是蓝色的？

它是“变色龙”

白天的“水立方”，是淡蓝色的。

不过，夜晚的“水立方”，却蕴含着无限可能，能够变换颜色，仍能够组合成各种图案。

其中的奥秘就于于：

“水立方”外墙的每个气枕泡泡间均装有LED灯，共有36000盏。

奥运后咋办？

将成娱乐中心

奥运会后，“水立方”的运营方案将被划分为7大运营板块，包括商业楼、网球场、热身厅、戏水乐园，甚至仍包括了商业区等。

届时，“水立方”将成为水上娱乐中心。

名字咋起的？

于酒吧里诞生

“水立方”这个名称最初是怎么来的呢？

据中方建筑师胡小明介绍，灵感来源于“壹个方盒子，许多水泡泡”。

“有壹天晚上工作很晚了，大家到酒吧里壹边谈工作，壹边喝酒，当时即兴起了很多五花八门的名字，最后壹个澳大利亚的建筑师就说它是方的，又跟水关联，就起了壹个英文名叫‘WaterCube’（水的立方体），翻成中文大家动了很多脑筋，最后大家觉得‘水立方’更加简洁明了，所以这个名字就于酒吧中产生了。

”

资金哪来?

霍英东就捐了俩亿港币作为惟壹壹个由奥组委指定的、接受港澳台同胞和海外华侨华人捐赠建设的奥运场馆，“水立方”已接受捐款9.6亿元人民币。

这些捐款中，最大的壹笔是由霍英东捐出的俩亿港币。

据悉，捐款多余部分将用于其他奥运场馆的建设。

地方咋选的？

为躲文物曾北移

的文物古迹资源非常丰富，为尽可能地保护文物，2008年奥运会场馆的选址均避让了文物古迹较集中的地区。

但“水立方”于选址过程中，仍和壹座2003年被列入了市文物保护单位的“娘娘庙”碰上了，为了保护这座古庙，“水立方”不得不向北移了100米。

花了多少钱？

没住房贵

“水立方”仅膜结构每㎡的造价就于2000元左右。

对此，“水立方”总设计师赵小钧解释说，“水立方”的造价每㎡大约9000元人民币。

“其实这个价格且不昂贵，当下、等地的住房比这个价格仍要高。

”“水立方”很节能？

神奇气枕立功“水立方”膜结构气枕上布满了肉眼见不见的镀点，其原材料是壹种耐高温的油墨。

阳光进入场馆内要通过镀点的过滤，壹部分光线会被镀点反射回空中，只有场馆内需要的光线会被镀点过滤后允许进入。

这种膜结构相对于玻璃顶或者钢结构顶的游泳馆能够节约能源30%。

如果是普通的游泳馆，为了保证水温达到标准的28℃就要烧锅炉。

“水立方”平均每天有近１０个小时采用自然光照明，经过热收集和处理即可加热泳池的水。

同时，自然采光，室内部分日光灯也可省掉。

“水立方”能解渴？

直饮水随便喝

顾名思义，直饮水就是能直接饮用的自来水，于“水立方”内部，直饮水龙头壹共有9处，而且每壹处均用五彩灯光点缀，极好辨认，观众于比赛期间口渴时，可直接饮用，极大地满足了观众的需求。

自己会“洗脸”？

下雨就搞定

“水立方”的ETFE膜有很强的自洁性。

由于这种材料的摩擦系数很小，不易附着尘土。

即使粘上些尘土，只要下点小雨，立刻就能将膜冲洗干净。

此外，“气泡”之间的凹陷处也有助于积水分流，这样“水立方”就不会因为积水而滋生霉菌。

本组稿件综合新华社

数字“水立方”

79532“水立方”建筑面积达到79532㎡。

17000“水立方”拥有座位17000个，其中永久座位6000个，临时座位11000个。

900000000“水立方”接受捐赠资金达9亿元人民币左右。

6900“水立方”长宽高分别为177米×177米×30米，总用钢量6900吨，整个钢结构由2万个杆件，1万个球组成，光是焊条用钢量就达1300多吨。

9910“水立方”需水总量约9910立方米。

泳池蓄水量为3750立方米，每天仍需要补充112.5立方米到187.5立方米的水，而跳水池的蓄水量也达到3660立方米，再加上热身池需要的2500立方米蓄水，因此，“水立方”专门设计了雨水回收系统，壹年回收雨水量1万吨左右。

100000“水立方”的膜面积达到了10万㎡。

中国第壹个膜结构的体育场，

就完成了目前世界上最大、结构最复杂的工程。

时间“水立方”

2003年1月15日建筑设计方案面向全球招标。

7月28日设计方案正式确定，简称“水立方”。

12月24日“水立方”和“鸟巢”同壹天奠基。

2005年6月开始钢结构安装。

2006年4月10日主体结构封顶。

11月4日外墙贴膜完成。

2007年12月进行室内装修、室外铺装等收尾工程以及竣工验收准备工作。

2008年1月进行试水、调灯等测试工作。

1月28日“水立方”正式竣工。