充氣膜結構

國內(nèi)的大面積敞開式作業(yè)區(qū)如污染土處理區(qū)、堆肥處置區(qū)、危廢處置區(qū)、垃圾填埋作業(yè)區(qū)等作業(yè)區(qū)所產(chǎn)生的污染氣體很容易就會擴散至周邊，嚴重影響周邊居民的生活環(huán)境，不但從身體上，更是從心理上給人們帶來了嚴重的危害。

至今為止，并無針對此類大面積敞開式作業(yè)區(qū)污染氣體的污染氣體收集處理措施，這些大面積敞開式作業(yè)區(qū)所產(chǎn)生的污染氣體還沒有得到有效的控制處理。充氣膜結構作為一種創(chuàng)新的建筑形式，可用于大面積敞開式作業(yè)區(qū)，其對作業(yè)區(qū)內(nèi)污染物的控制以及與收集處理系統(tǒng)有機結合在世界上還沒有先例。

這種大面積敞開式作業(yè)區(qū)密閉及氣體收集處理設施，解決污染土處理區(qū)、堆肥處置區(qū)、危廢處置區(qū)、垃圾填埋作業(yè)區(qū)等大面積敞開式作業(yè)區(qū)的污染氣體無組織排放的問題。設施包括通過送風管道連接的充氣膜和送風機，充氣膜上設有氣密門，充氣膜上端通過線路連接自控和檢測設備，充氣膜下端通過收集管道連接氣體處理設備，氣體處理設備通過排氣機連接排氣筒。

使用大面積敞開式作業(yè)區(qū)密閉及氣體收集處理設施能夠?qū)崿F(xiàn)以下效果：

1）將污染土處理區(qū)、堆肥處置區(qū)、危廢處置區(qū)、垃圾填埋作業(yè)區(qū)等大面積敞開式作業(yè)區(qū)產(chǎn)生污染氣體的原有的無組織排放變?yōu)橛薪M織排放，并且氣體排放達到國家排放標準；

2）減少在污染土處理區(qū)、堆肥處置區(qū)、危廢處置區(qū)、垃圾填埋作業(yè)區(qū)等大面積敞開式作業(yè)區(qū)的降水下滲所產(chǎn)生的地下水污染；

3）減少污染土處理區(qū)、堆肥處置區(qū)、危廢處置區(qū)、垃圾填埋作業(yè)區(qū)等大面積敞開式作業(yè)區(qū)產(chǎn)生的灰塵飛揚和細菌散發(fā)；

4）改善污染土處理區(qū)、堆肥處置區(qū)、危廢處置區(qū)、垃圾填埋作業(yè)區(qū)等大面積敞開式作業(yè)區(qū)的視覺效果；

5）可使污染土處理區(qū)、堆肥處置區(qū)、危廢處置區(qū)、垃圾填埋作業(yè)區(qū)等大面積敞開式作業(yè)區(qū)不受天氣影響，可進行全天候連續(xù)作業(yè)。

膜結構是輕型空間結構的一個重要分支，除豐富多彩的造型外，還有優(yōu)異的建筑特性、結構特性、和適宜的經(jīng)濟型，因此膜結構的誕生，就迅速在世界各地發(fā)展起來。而膜結構建筑主要分為張拉膜結構、骨架膜結構、充氣膜結構、索桁架膜結構、張拉整體與索穹頂膜結構。

充氣膜結構是一個相對密閉的空間結構，與傳統(tǒng)空間結構建筑不一樣的是，它通過風機向結構內(nèi)部鼓風送氣，使膜結構內(nèi)外保持一定的壓力差，以保證膜結構體系的剛度，維持所設計的形狀。

同時壓力控制系統(tǒng)可使結構維持一定的內(nèi)外壓，保證結構穩(wěn)定性。

1917年，英國W.Lanchester 發(fā)明了一種充氣膜結構作為右外醫(yī)院建筑屋面，這是一種安裝便捷、造價經(jīng)濟的屋面體系，但是他本人并未建成。

1946年，英國人Walter Bird建成第一個現(xiàn)代充氣膜結構，多普勒雷達穹頂（Doppler Radome），直徑15m，矢高18.3m，采用以玻璃纖維為基布氯丁二烯橡膠為涂層的膜材。1950~1970年間，相繼在美國、德國等地建造了大量類似穹頂，最大直徑達到60m。

1970年日本大阪世博會（EXPO’70）為膜結構發(fā)展提供了契機。因日本多地震，且展館多位于軟土地基，因此，展館宜采用輕結構體系。由David Geiger完成結構設計的美國館，首次建成了大跨低輪廓充氣膜結構，平面為139m×78m的橢圓。

1972年~1984年，由David Geiger設計，Birdair公司在美國建成銀色穹頂（Silver Dome，220m×159m）等7座巨大型充氣膜結構，但多數(shù)膜結構被證明大跨度的膜結構難以有效抵抗惡劣氣候條件。

1988年，日本建成東京穹頂（Toyko Dome）。雖然充氣膜結構技術達到了一個新的臺階，但之后世界各地再也沒有建造過巨大型充氣膜結構建筑。

充氣膜結構在索穹頂體系出現(xiàn)之前，創(chuàng)造了段大跨建筑的輝煌發(fā)展史。

充氣膜結構做一種新型的空間建筑，具有傳統(tǒng)建筑無法比擬的優(yōu)勢。特別對于需要大面積大空間的作業(yè)廠區(qū)，它比任何建筑更具有優(yōu)勢，因此它可廣泛應用在需要大跨度作業(yè)空間。

因此它可應用于大面積作業(yè)車間、倉庫、體育場館、展覽館等 。

由于膜結構具有豐富多彩的造型、優(yōu)異的建筑特性、結構特性、和適宜的經(jīng)濟型等其他傳統(tǒng)建筑無法比擬的優(yōu)勢，膜結構必定越來越廣泛地應用于工業(yè)與人們的日常生活中，具有廣闊的前景。2100433B

第1章 緒論

1.1 充氣膜結構的分類

1.2 充氣膜結構的發(fā)展

1.3 充氣膜結構在我國的應用與發(fā)展

1.4 充氣膜結構的應用領域

1.5 充氣膜結構的特點

第2章 材料

2.1 膜材

2.1.1 膜材的種類

2.1.2 膜材的力學性能

2.1.3 膜材的其他物理性能

2.2 拉索

2.2.1 拉索的種類及其構成

2.2.2 拉索的力學性能

2.3 保溫材料

2.4 連接輔件材料

第3章 建筑與設備設計

3.1 建筑設計

3.1.1 總體布局設計

3.1.2 建筑功能設計

3.1.3 建筑形體設計

3.2 建筑物理環(huán)境設計

3.2.1 光環(huán)境設計

3.2.2 熱環(huán)境設計

3.2.3 聲環(huán)境設計

3.3 建筑防火、疏散設計

3.4 門窗設計

3.5 設備設計

3.5.1 充氣系統(tǒng)

3.5.2 氣承式膜結構控制系統(tǒng)

3.5.3 氣枕式膜結構控制系統(tǒng)

3.5.4 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、防雷設計

第4章 結構設計

4.1 形態(tài)設計

4.2 索網(wǎng)設計

4.2.1 索網(wǎng)功能

4.2.2 索網(wǎng)形狀

4.2.3 常用索網(wǎng)的特點及適用范圍

4.2.4 索網(wǎng)設計的技術要求

4.3 內(nèi)壓設計

4.4 荷載及荷載組合

4.5 荷載效應分析

4.5.1 荷載效應分析的特點

4.5.2 內(nèi)壓的模擬

4.5.3 氣承式膜結構的強度與剛度

4.6 裁剪設計

4.6.1 裁剪設計的內(nèi)容和步驟

4.6.2 裁剪線布置

4.6.3 裁剪的應變補償

4.6.4 裁剪設計的方法

4.7 空氣泄漏

4.7.1 空氣泄漏的位置

4.7.2 空氣泄漏的理論分析

4.7.3 空氣泄漏的估算

4.8 結構塌落與逃生

4.8.1 氣承式膜結構

4.8.2 氣枕的塌陷

4.9 連接構造

4.9.1 膜片間的連接構造

4.9.2 膜單元的連接構造

4.9.3 膜單元與支承面的連接構造

4.9.4 拉索節(jié)點的連接構造

第5章 施工

5.1 加工

5.1.1 加工前的準備

5.1.2 膜材加工

5.1.3 膜單元的包裝與運輸

5.2 安裝

5.3 充氣與調(diào)試

第6章 使用與維護

6.1 概述

6.2 維護內(nèi)容

6.3 檢查和記錄

第7章 典型工程案例

7.1 氣承式膜結構

7.1.1 中央電視塔職工健身中心氣膜館

7.1.2 北京某國際學校氣膜運動館

7.1.3 天津響螺灣體育休閑廣場氣膜工程

7.1.4 神華巴彥淖爾能源有限責任公司選煤廠氣膜工程

7.1.5 招商港務（深圳）外場充氣膜倉庫

7.2 氣枕式膜結構

7.2.1 大連體育中心體育場罩棚ETFE氣枕結構

7.2.2 萬科東莞植物園ETFE氣枕膜結構

7.2.3 上海迪士尼明日世界創(chuàng)極光輪ETFE天幕工程

7.2.4 石獅世茂國際廣場一期天幕

7.3 氣囊式膜結構——濱海污水處理廠污水池充氣膜加蓋工程

7.4 氣肋式膜結構——某氣承與氣肋組合式充氣膜結構工程

附錄 充氣膜結構材料選用表

參考文獻2100433B

第一章 緒論

第一節(jié) “水立方”簡介3

一、“水立方”概況3

二、“水立方”的建筑設計理念5

三、“水立方”的結構設計原理8

四、ETFE充氣膜結構與“水立方”11

第二節(jié) ETFE充氣膜結構技術綜述17

一、ETFE充氣膜結構技術發(fā)展簡史17

二、ETFE充氣膜結構典型工程簡介21

三、ETFE充氣膜結構體系基本構成原理29

第二章 ETFE膜材及其特性

第一節(jié) 概述34

第二節(jié) ETFE膜材的物理性能36

第三節(jié) ETFE膜材的力學性能38

第四節(jié) ETFE膜材的熱性能40

第五節(jié) ETFE膜材的化學性能41

第六節(jié) ETFE膜材與其他材料性能的綜合比較43

第七節(jié) ETFE膜材產(chǎn)品規(guī)格44

第八節(jié) 水立方所用ETFE膜材46

第三章 ETFE充氣膜結構系統(tǒng)建筑設計

第一節(jié) 建筑效果設計51

一、ETFE膜結構影響建筑效果的主要因素分析51

二、建筑效果設計與視覺測試53

三、ETFE充氣膜結構建筑效果的最終確定58

第二節(jié) 景觀照明設計59

一、系統(tǒng)綜述60

二、系統(tǒng)配置60

三、景觀照明系統(tǒng)主要場景功能描述72

第三節(jié) 熱工性能設計81

一、ETFE充氣膜結構的保溫隔熱原理82

二、保溫性能檢測86

三、熱工性能的主要影響因素88

四、熱工性能設計與綜合分析94

第四節(jié) 聲學性能設計109

第五節(jié) 采光性能設計117

第四章 系統(tǒng)結構設計

第一節(jié) 概述124

第二節(jié) 氣枕結構受力特性125

第三節(jié) “水立方”氣枕特性與荷載129

第四節(jié) 氣枕設計133

第五章 系統(tǒng)構造設計

第一節(jié) 立面系統(tǒng)構造設計144

一、系統(tǒng)構成原理及功能描述145

二、系統(tǒng)密封原理149

第二節(jié) 屋面系統(tǒng)構造設計151

一、系統(tǒng)構成原理及功能描述152

二、密封防水原理160

三、屋面排水系統(tǒng)163

第三節(jié) 天花系統(tǒng)構造設計165

一、系統(tǒng)構成原理165

二、系統(tǒng)密封原理173

第四節(jié) “泡泡吧”系統(tǒng)構造設計176

一、系統(tǒng)構成原理177

二、系統(tǒng)密封原理181

第五節(jié) 充氣系統(tǒng)182

一、充氣管道和閥門184

二、充氣單元190

三、電子監(jiān)控系統(tǒng)196

第六章 制造與施工技術

第一節(jié) 概述200

第二節(jié) ETFE氣枕制造203

一、ETFE膜材裁剪204

二、ETFE膜材焊接及氣枕制造207

第三節(jié) 夾具及天溝制造213

一、鋁合金夾具制造213

二、天溝制造214

第四節(jié) 施工安裝217

一、施工培訓217

二、施工措施及施工工藝221

三、創(chuàng)新性施工技術255

第七章 質(zhì)量控制、系統(tǒng)運行與維護

第一節(jié) 質(zhì)量控制262

一、概述262

二、制造過程質(zhì)量控制263

三、安裝過程質(zhì)量控制266

第二節(jié) 系統(tǒng)運行與維護273

一、系統(tǒng)運行管理273

二、清洗與維護274

參考文獻

ETFE充氣膜結構這種全新的建筑形式，是現(xiàn)代建筑領域的一朵奇葩，可創(chuàng)造獨特的建筑藝術效果，并使建筑獲得很高的保溫和采光等性能。希望借助其在“水立方”中的成功應用，推廣此項技術。

——中國工程院院士清華大學建筑學院教授博士生導師

“水立方”這座神奇建筑的成功與完美，與覆蓋其內(nèi)外表面的ETFE充氣膜結構有著不可分割的聯(lián)系。本書作者王雙軍是一位多年致力于建筑幕墻技術研發(fā)與設計實踐的資深專業(yè)人士，在“水立方”工程中主持ETFE充氣膜結構系統(tǒng)的設計工作，本人曾在他的陪同下參觀了“水立方”。他將工程中積累的技術理論和實踐經(jīng)驗進行總結和提煉，寫就了國內(nèi)第一本關于ETFE充氣膜結構技術的專著。相信這本書對于此技術在我國的推廣應用和發(fā)展提高，必將會起到很大的推動作用。

——清華大學副校長

“水立方”技術上的創(chuàng)新和出彩與其設計上的成功是息息相關的。從很大程度上看，圓夢人實踐者的身份和被廣譽為造夢者的設計師其實同等重要。因此，王雙軍先生積十數(shù)年心血與追求所形成的這本專著尤其值得尊重。相信其會在上述層面上為蒸蒸日上的中國建筑增加助推力。

——英國阿特金斯(ATKINS)集團 董事·設計總監(jiān)·國際知名建筑設計師