ETFE膜结构是一种以乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜为核心材料的建筑技术,结合钢结构或充气系统形成轻质、高透光的建筑形态。ETFE膜结构通过材料与技术创新,推动了建筑形态的多样化和功能优化,成为现代建筑轻量化、可持续化的重要方向。以下是关于 ETFE 膜结构的详细介绍:
ETFE膜结构材料与结构组成:ETFE膜材,又名乙烯 - 四氟乙烯共聚物,是一种透明的合成材料,通常由三层或五层薄膜构成,每层薄膜厚度在 100-250 微米之间。具有密度低(约 1.7-1.8g/cm³)、重量轻的特点,只有同等面积玻璃质量的 1%。其结构组成主要是由支撑结构和固定系统组成,支撑结构一般采用铝合金或钢结构作为支撑,为ETFE膜提供稳固的支撑框架,以承受膜结构所受到的各种荷载。固定系统则是通过螺栓连接或焊接等方式将ETFE膜材固定在支撑结构上,同时对膜材的边缘部分进行密封处理,确保连接紧密可靠,防止气体泄漏。
ETFE膜结构材料特性:其材料具有良好的耐候性、高透光性、优异的隔热性、轻质高强、自清洁功能、灵活的造型能力等特性。膜材能抗紫外线、耐高温和低温,在极端气候条件下保持稳定,对酸碱、化学物质和大多数溶剂具有出色的耐腐蚀性,使用寿命长达 25-35 年。可见光透过率高达95%,紫外线透过率高达94%,可以有效利用自然光,减少人工照明的使用,降低能源消耗。通过控制充气量、充入气体的种类以及膜的层数等方式,可实现良好的保温隔热效果,有效降低室内温度,减少空调等设备的能源消耗。质量轻,大大减轻了建筑结构的自重负载,同时韧性好,延展性大于 400%,抗拉强度高,不易被撕裂,0.2mm 厚度的薄膜其拉伸强度可达到 500N/5cm,拉裂强度可达约 1200N/5cm。还具有优异的抗静电性能,灰尘不易吸附在其表面,使膜面保持清洁,减少了清洁维护的工作量和成本。灵活的造型能力使得其可以加工成任何尺寸和形状,能实现各种复杂的建筑造型,如曲面、球形等,为建筑师提供了广阔的设计空间,满足多样化的设计需求。
ETFE膜结构类型与分类:从支撑形式来说可以分为骨架式、充气式、气承式和气胀式四种。原理分别是,骨架式,依赖钢桁架或网壳结构支撑,如北京“鸟巢”;充气式,利用气压差维持形态;气承式,整体充气形成连续空间,适用于大型场馆;气胀式,包括气枕式(如安联体育场变色气囊)、气肋式(局部充气支撑)。从结构层次来说分为单层ETFE和多层气枕。单层ETFE,适用于小跨度采光带,常与PVC/PTFE材质组合使用,多层气枕是通过ETFE膜叠加形成保温隔热的空气夹层,提升节能效果。
ETFE膜结构应用领域:其应用领域主要有体育场馆、展览中心、机场航站楼、商业建筑、农业温室、污水处理设施。体育场馆,如 2008 年北京奥运会国家游泳中心 “水立方”,其屋面和墙面围护系统采用了 ETFE 充气膜结构,创造了独特的建筑外观,同时满足了体育场馆对采光、保温、隔热等方面的要求。大型展览中心使用 ETFE 膜结构可以营造出宽敞明亮的室内空间,高透光性使室内展品能够更好地展示,同时也为参观者带来舒适的视觉体验。ETFE膜结构的轻质高强特性适合用于大跨度的机场航站楼建筑,能够减轻建筑自重,降低对支撑结构的要求,并且其良好的透光性可以使航站楼内部更加通透明亮。在商场、购物中心等商业建筑中,ETFE膜结构可用于屋顶或外立面设计,增加建筑的独特性和吸引力,同时实现节能降耗的目的。因其高透光性和良好的保温隔热性能,ETFE膜材成为农业温室的理想材料之一,能够为作物提供充足的光照,有效调节室内温度,优化作物生长环境,提高农作物的产量和质量。在污水处理厂等设施中,ETFE膜可以作为覆盖材料,其化学稳定性能够抵抗污水中的化学物质侵蚀,延长设施的使用寿命。
ETFE膜结构具有超高的经济与环保价值,从成本效益方面来说,其施工周期短,造价约为传统结构的50%,维护成本低,防尘设计减少清洁需求。从材料可持续性出发,其材料可回收,建造过程无污染,符合绿色建筑标准。ETFE膜结构通过材料与技术创新,推动了建筑形态的多样化和功能优化,成为现代建筑轻量化、可持续化的重要方向。