ETFE--柔性結構之形狀、氣候和天氣
日期：2021-09-09
形狀、氣候和天氣
同向彎曲是指在物體任何點(diǎn)上彎曲趨勢都是相同的,球體是最形象化的典型模型。通過(guò)最小表面積實(shí)現對最大體積的覆蓋,氣泡或氣球成為對空間最高效限定的代表。但是,使氣枕完全模擬成氣球的形狀卻并不現實(shí)。嚴格的曲率半徑、最小的膜面荷載都只是理想化的狀態(tài)。曲率半徑的增加雖然加大了膜面應力,但材料所需量隨之減少,同時(shí)表面趨于平坦的氣枕可更好的應對風(fēng)荷載,由此產(chǎn)生的震動(dòng)也會(huì )被膜面吸收而不致影響整個(gè)結構體。此外,防止氣枕泄氣后積水殘留也是頂棚曲率設計必須考慮的因素之一。頂棚越是趨于平坦,積水的可能性就越小。因此,無(wú)論規模大小、荷載組合方式如何,氣枕的設計原則都是在材料厚度一定的情況下保證材料隆起曲率最小。通常情況下,氣枕中心點(diǎn)高度范圍應為其跨度的6%-20%。
同大多數材料一樣,ETFE會(huì )隨溫度的變脹冷縮。但它的彈性范圍卻很有限。從屈服條件來(lái)看,在10~12N/mm2的壓強下,材料便會(huì )出現延展。在張拉力的作用下,膜材受溫度變化影響更大。季節的變化促使這種情況的發(fā)生,一旦膜材所受應力超過(guò)其屈服極限,將最終導致膜面松懈塌陷?？紤]到膜材的這個(gè)特性,除非規模很小,張拉膜結構一般不采用ETFE膜材。與此相反,具有自行調節機制的氣枕式膜結構卻可以避免上述情況的發(fā)生。當溫度超過(guò)70℃,ETFE膜材將損失一定強度。因此在非常炎熱的氣候條件下應用ETFE膜材必須謹慎對待。如果單從溫度條件考慮,大型氣枕更適用于溫帶或寒冷地區,小型氣枕則適用于炎熱的環(huán)境。但是,溫度并非是決定氣枕大小的關(guān)鍵性因素。當風(fēng)吹過(guò)薄膜制成的大體積氣枕,其表面溫度將降至與風(fēng)環(huán)境相同的溫度。此時(shí),因為冷卻后膜面強度提升,氣統剛性圍護結構相比,ETFE氣枕結構釋放風(fēng)能的方式使其每平方米風(fēng)荷載設計值得以相對降低。
阻尼延伸的屬性同樣有利于節點(diǎn)構造。與玻璃幕墻不同,ETFE氣枕邊框不必像幕墻窗框一樣,需應對來(lái)自氣壓、溫度、天氣及結構引發(fā)的任何變化,因為這些現象不會(huì )集中出現在氣枕邊緣。就像烤黃油面包一樣,能量會(huì )被整個(gè)柔軟的面所吸收,這將減少甚至無(wú)需傳統結構中采用的活動(dòng)連接。許多建筑問(wèn)題都是由于不同種材料或結構連接失效所引發(fā)的,保溫性能在這些連接點(diǎn)往往無(wú)法得到滿(mǎn)足。以玻璃為例,它是我們生活中常用的建筑材料,但玻璃系統的實(shí)際設計壽命只有15~20年,因為玻璃墊層及雙層玻璃間的密封物會(huì )隨時(shí)間老化,不僅保溫性能會(huì )隨之降低,同時(shí)也會(huì )導致空氣及雨水的滲漏。與之相反,由于ETFE具有延展性,而且氣枕體積遠遠大于傳統結構組成單位,大量連接構件從中解放出來(lái),連接件的減少勢必大大延長(cháng)氣枕結構的使用壽命。
