建筑新材料.docx

1、建筑新材料ETFE膜材料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耐腐蚀特性，同时乂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-4 0)成为和金属的理想复合材料，具有极优良的耐负压特性。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, 是一种透明膜材。2008年北京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。ETFE膜材常做成气垫应用于膜结构中。最早的ETFE工程已有2 0余年的历 史,而最著名的要

2、数英国的伊甸园了。ETFE膜是透明建筑结构中品质优越的替代材料，多年来在许多工程中以其众 多优点被证明为可信赖且经济实用的屋顶材料。该膜是山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米的两层或三层充气支撑结构，也可根据特殊丄程 的儿何和气候条件，增大膜跨距。膜长度以易安装为标准,一般为15-30米。小跨度 的单层结构也可用较小规格。ETFE膜达到Bl、DIN4102防火等级标准，燃烧时也不会滴落。且该膜质量很 轻,每平方米

3、只有0. 15-0. 35公斤。这种特点使其即使在由于烟、火引起的膜融化悄况下也具有相当的优势。根据位置和表面印刷的惜况,ETFE膜的透光率可高达95%。该材料不阻挡紫外 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一 步降低到50%。根据儿何条件及膜的层数，其K值可高达2. 0W/m2Ko耗能指数以一 个三层印刷的膜为例可达到0. 77o山于其优秀品质,ETFE膜儿乎不需日常保养。可对其山于机械损坏的屋顶进 行简单检查（一年一次为宜），并根据需要就地维修。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

4、 后生产其它ETFE产品。ETFE是一种无色、透明的颗粒状结晶体，具有极好的耐擦伤性和耐磨性，耐高 温、耐腐蚀，绝缘性能好，可用作电缆护套或管道护衬。用于建筑L：程上的ETFE膜 材是山其生料加工而成的薄膜，厚度通常为01 050125 mm，非常坚固、耐用，并具 有极高的透光性。1 ETFE薄膜的材料性能111 ETFE膜材的基本力学性能1） 厚度和质量ETFE膜材的厚度通常在0. 1050. 125 mm。随着厚度的增加，膜材将更硬更脆, 难以加工。ETFE的密度约为1.175 g/ cm3。以0. 1 20 mm厚的ETFE膜材为例， 其质量约350 g/ m2 o2） 抗拉强度ETFE

5、膜材的抗拉强度大于40 MPa。3）应力-应变关系常温下张拉应力在20 MPa以下时,ETFE膜材呈完全弹性性质，张拉模量达 8001 000 MPa ;当张拉应力在25 NfPa附近会出现屈服点，此后进入塑性强化阶段, 直至破断。4）破断伸长率3ETFE膜材的破断伸长率达300 %以上。112 ETFE膜材的其他性能1） 耐久性ETFE膜材具有极佳的抗老化能力，使用年限达23年以上。2） 颜色及透光率ETFE膜材通常为无色透明状，也可以做成口色。根据需要可在透明或口色膜 材上印制各种图案。以0120 mm厚的ETFE膜材为例,单层透明膜材的透光率高达 95 % ,白色膜材为50护55 %o利

6、用口色膜材或在透明膜材上印制不同的颜色和图 案，可调节进入建筑物内的光线。3） 防火性能ETFE为阻燃材料。即使在火焰中，ETFE膜材热熔后会收缩,但无滴落物。山 于ETFE膜材很薄很轻，万一发生火灾，其危害性较小。4） 自洁性能ETFE膜材表面非常光滑，具有极佳的自洁性能。在用ETFE膜材建造的膜结构上,灰尘及污迹会随雨水冲刷而除去。外表的人工清洗一般4 年才一次。5） 气候适应性能ETFE膜材的工作温度范围为- 200150 C;材料熔点为273 C左右。ETFE 膜材具有极好的稳定性和气候适应性。实践表明，暴露在恶劣气候条件中15年以 上的ETFE膜材，其力学和光学性能并没有改变。在多雹

7、地区，即使玻璃屋面被冰雹 砸碎了，ETFE膜材屋面上也仅留下一些小小的凹痕。6） 抗撕裂性能、柔韧性和可加工性ETFE膜材具有良好的抗撕裂性能、柔韧性和可加工性。7） 可回收性ETFE膜材可以被热熔成颗粒状并至新整合。ETFE膜材在世界上的应用已有二十儿年的历史，但国内ETFE膜材的研究与工 程应用至今仍属空口。口前国内对ETFE这种新型薄膜材料的了解仅限于国外生产商提供的有关资料 以及来自国外典型丄程的直观感觉。典型案例: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徳国VECTOR FOILTEC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

8、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，并于8月1日开始安装膜垫。VECTOR FOILTEC公司在其网站上介绍了 “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，并将膜垫或 膜片焊入其中。用挤压铝制品将膜垫边缘系在一起，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，还通挡风。TEXLON膜垫至少有两层。但可通过增加系统层次来提高幕墙的隔热性。每 块膜片都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。”VECTOR FOILTEC公司还表示，他们同时采用了 HOEC

9、HST AG公司的HOSTAFLOX 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一种产品。 国家游泳中心的蓝色外衣由3000多个气枕组成，最大的9平方米，最小的不到1平 方米。从外表看这些气枕组成了一个单一结构，但实际上彼此相对独立，在需要时能 方便换单个膜垫。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10万平方米，堪称世界之最。它们大小不一，形状各异，最大一个约9平方 米，最小的一个不足1平方米。为了能够确保整个工程进度，所有“气泡”在运到场 馆前，先在加工厂按照施工方的要求进行裁剪，并一一编号。到达现场后，经过施工 方的检

10、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”并没 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。安装完一定区域后，将通过事先安装在钢架上的充气管线对“气泡”进行充 气。整个充气过程山电脑智能监控，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”的首次充气将在半月后进行，届时现在看上去“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年春节询完成了实体墙面50 0平方米试安 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

11、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。镀点调光通亮记者在现场看到，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”变成一个汇聚阳光的“温室浴场” ？如何 在保持游泳馆的透明、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在ETFE膜上的上亿个镀点，即在ETFE膜的表 层,镀上上亿个与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， 就像一把把遮阳伞，把刺眼的光线和多余的热量挡在场馆之外;而在一把把“遮阳 伞”之间，所需光线可以自111通过，保证场馆的

12、温度和采光。RJ076RJ215RJ202“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。这种在自然界常见的形态从来没有在建筑结构中岀现过，为了让观众在观 看比赛时置身于“水立方”的清凉幽静之中，设计方案建筑围护结构采用了一种新 型的ETFE气枕，山约3000块气枕组成的膜结构，表面覆盖面积达到10万平方米，比 德国世界杯安联球场还要大4万平方米。它可以吸收70%的太阳光能，把多余的光 线过滤掉，隔热散光，还具备抗压功能。“泡泡”强度大，可用汽车压“水立方”的建筑外用护是内外两层ETFE膜结构，由3000多个气枕组成, 覆盖面积达到10万平方米。这些气枕大小不一，形

13、状各异,最大的一个约9平方米， 最小的一个不足1平方米。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,汽车压过去都没有问题”。“皮肤”受损，创可贴来补为保护“水立方”的“皮肤” E T F E膜，在场馆四周设有一圈高两米的护栏, 并在护栏内开凿了一道宽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还装有极细的钢丝线，防止鸟对气枕造成破坏。每个 气枕都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”，而且气枕的气压是山电脑控制的，万一出现外膜破 裂、漏气的情况

14、，工作人员在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。 它的存在要与鸟巢相互呼应，鸟巢是椭圆的，不规则的，因此水立方就 要呈现一种方方正正、特别规范的形状,与之形成一种补充。”作为“水立方”的 总设计师，赵小钧用了这样一句话来形容“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, 可以变换颜色，还可以组合成各种图案。其中的奥秘就在于：“水立方”外墙的每个 气枕泡泡间都装有LED灯，共有3 6000盏。奥运后咋办?将成娱乐中心北京奥运会后

15、，“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，其至还包括了商业区等。届时，“水立方”将成为 水上娱乐中心。名字咋起的?在酒吧里诞生“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“一个方盒子，许多水泡泡”。“有一天晚上工作很晚了，大家到酒吧里一边谈工 作，一边喝酒，当时即兴起了很多五花八门的名字，最后一个澳大利亚的建筑师就说 它是方的，又跟水相关，就起了一个英文名叫Water Cube（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，所以这个名字就在酒 吧中产生了。”资金哪来?霍英东就捐了两亿港币作为惟一

16、一个山北京奥组委指定的、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,最大的一笔是由霍英东捐出的两亿港币。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？为躲文物曾北移北京的文物古迹资源非常丰富，为尽可能地保护文物，北京200 8年奥运会场 馆的选址均避让了北京文物古迹较集中的地区。但“水立方”在选址过程中，仍与 一座2003年被列入了北京市文物保护单位的“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?没北京住房贵“水立方”仅膜结构每平方米的造价就在2000元左右。对此，“水立方”总 设计

17、师赵小钧解释说，“水立方”的造价每平方米大约9000元人民币。“其实这个 价格并不昂贵，现在上海、北京等地的住房比这个价格还要高。”“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看不见的镀点,其原材料是一 种耐高温的油墨。阳光进入场馆内要通过镀点的过滤，一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可以节约能源30%。如果是普通的游泳馆，为了保证水温达 到标准的28C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,室内部分曰光灯也可省掉。“

18、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，在“水立方”内部,直饮水龙头一 共有9处，而且每一处都用五彩灯光点缀，极好辨认，观众在比赛期间口渴时,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。山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79332平方米。17000 “水立方”拥有座位17000个,其中永久座位6

19、000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X177米X30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，每天还 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， 一年回收雨水量1万吨左右。100000 “水立方”的膜面积达到了 10万平方米。中国笫一个膜结构的

20、体育场,就完成了 U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”与“鸟巢”同一天奠基。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丄作。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。ETFE薄膜需要深入研究的内容包括：ETFE薄膜的基本性能、ET FE充气枕在 内压、风、雪等分布荷载（包括雪荷载非均匀分布）及人员检修集中荷载等作用下的 受力性能、充气枕的热传导特性、水密性、气密性、充气枕与边缘构件的连接、边 缘构件的设讣及ETFE施工标准控制等。通过系统的理论分析、试验研究与应用研 究，建立具有自主知识产权的ETFE薄膜材料成套应用技术，推动ETFE薄膜在国内的应用与发 展。